Установка для безреагентного знезараження води ультразвуком

Реферат: UA 84781 U UA 84781 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до харчової, хімічної, сільськогосподарської та іншої промисловості, зокрема до установок для обробки і знезараження води в процесі її очищення. Відома комплексна установка для очистки забрудненої води (патент РФ № 2051115, Кл. C02F 1/46, опубл. 27.12.1995 p.), яка утримує циліндричний корпус з вхідним і вихідним патрубками, відстійник у вигляді двох послідовно з'єднаних відсіків, один з яких - пакет мембранних елементів, і забезпечений патрубком з регулюючим органом, накопичувач з патрубком відведення осадків, електрокоагулятор з системою циліндричних електродів, установлених коаксіально корпусу; зовнішній і внутрішній циліндричні електроди послідовно з'єднані між собою і підключені до від'ємного полюсу джерела струму, а середній циліндричний електрод і суміжний стрижневий електрод, розміщений коаксіально всередині порожнини внутрішнього циліндричного електрода, під'єднані до позитивного джерела струму. Мембранний пакет виконаний у вигляді ультрафільтраційних елементів, стрижневий електрод може бути виконаний у вигляді ультрафільтраційних елементів, стрижневий електрод може бути виконаний з анодно-розчинного або анодно-нерозчинного матеріалу. Недоліком цієї установки є складність конструкції реактора, що ускладнює її експлуатацію в ремонті. Відомий також пристрій для електрохімічної обробки води (патент РФ № 2169120, Кл. C02F 1/46, опубл. 20.06.2001 p.), який утримує послідовно з'єднані між собою через проміжну ємність перший і другий електрохімічні реактори з анодною і катодною камерами кожний. Всі камери мають входи в нижній і виходи в верхній частинах, лінію подачі води, блок регулювання фізикохімічних властивостей очищеної води з розміщеними в ній двохпозиційним перемикачем потоків води, додаткову лінію подачі води і другу лінію відведення очищеної води. Недоліком пристрою є складність конструкції пристрою і складність проведення поточних ремонтів в процесі експлуатації. Відомий "Диспергатор" (патент України № 13523, Кл. В02С 19/18, В28С 5/46, опубл. в Бюл. № 2, 1997 p.), який утримує циліндричний корпус з опуклими торцевими стінками, електроди, які співвісно встановлені на останніх з проміжком відносно один до одного і під'єднані до імпульсного генератора, і запірно-роздавальну арматуру та забезпечений осями і упорами, розміщеними в циліндричному корпусі і закріпленими в його торцевих стінках, і сегментами, встановленими вільно на осі з допомогою косинок по всій довжині циліндричної частини корпуса, при цьому упори розміщені паралельно і симетрично до осей. Недоліками диспергатора є: - недостатня продуктивність установки; - недостатня ступінь знезараження води. Відомий також "Змішувач-активатор" до патенту України № 52977, Кл. В28С 5/46, опубл. в Бюл. № 1, 2003 p., який утримує установлену на основі за допомогою амортизаторів циліндричну ємність зі сферичними кришкою і днищем, завантажувальним і розвантажувальним патрубками, горизонтально закріпленої, за допомогою амортизаційної кільцевої прокладки, мембрани з магнітострикційним випромінювачем концентратори ультразвукових хвиль у вигляді співвісно і концентрично розміщених пустотілих, конічних оболонок із заокругленими вершинами з перепускними отворами, запірно-роздавальною арматурою, забезпечений додатковими розвантажувальними патрубками, один із кінців кожного з яких розміщений за днищем, а другий зв'язаний з кожним наступним від внутрішнього концентратором, причому мембрана і концентратори виконані з центральними отворами, а випромінювач розміщений на мембрані з кришкою, вершини концентраторів розміщені в сторону днища, при цьому перепускні отвори розміщені на кожному концентраторі, наступному від внутрішнього у верхній частині, а кожний додатковий розвантажувальний патрубок з'єднаний з концентратором біля центрального отвору. Недоліками змішувача-активатора є: - недосконалість конструкції: велика кількість пустотних концентраторів з окремим відведенням води від кожного концентратора; - низька продуктивність. Як найближчий аналог прийнятий "Активатор" до патенту України № 29087, МПК В28С 5/46, опубл. в Бюл. № 1, 2008 р, який утримує установлену на амортизаторах герметичну ємність з розміщеною в ній, на прокладках з пружного матеріалу, мембраною, забезпеченою магнітострикційним перетворювачем, і запірно-роздавальною арматурою, при цьому ємність складається з верхньої циліндричної секції з кришкою, забезпеченою центральним вхідним патрубком, і нижньої конусної секції зднищем і центральним вихідним патрубком, між якими на пружних прокладках установлена горизонтальна мембрана, з центральним отвором і отворами по периметру, на якій з верхньої сторони центрально закріплена півкульова мембрана вигнутою 1 UA 84781 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 стороною вверх, з отворами в нижній частині, до якої з нижньої сторони центрально і жорстко закріплений магнітострикційний перетворювач і по її зовнішньому контуру - циліндричний концентратор, а з нижньої сторони горизонтальної мембрани аналогічно закріплений півкульовий концентратор вигнутою стороною вниз, з центральним отвором, по контуру якого аналогічно закріплена верхня секція пустотного концентратора, до якого з нижньої сторони центрально і жорстко закріплений кульовий концентратор, який складається з верхнього півкульового концентратора з отворами і з нижнього півкульового концентратора з центральним отвором, до якого аналогічно закріплена нижня секція конусного концентратора з жорстко і центрально прикріпленим до її нижньої частини кульовим концентратором з аналогічними складовими і отворами, причому нижній центральний його отвір співпадає з аналогічним отвором кришки нижньої секції, а кульові концентратори по діаметру збільшуються знизу до гори. Недоліками найближчого аналогу є: - недостатня ступінь знезараження води; - нестандартність кульових мембран. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення якості знезараження води та удосконалення конструкції установки. Поставлена задача вирішується тим, що установка для безреагентного знезараження води ультразвуком утримує вертикально встановлену циліндричну ємність, яка складається з верхньої циліндричної секції з кришкою, забезпеченою центральним вхідним патрубком з корковим краном, та нижньої циліндричної секції з днищем, установленим на амортизаторах і забезпеченим центральним вихідним патрубком з корковим краном, між якими з допомогою герметизуючих і амортизуючих кільцевих прокладок горизонтально установлена мембрана, яка по периферії забезпечена отворами центрально і жорстко закріпленим з її верхньої сторони магнітострикційним випромінювачем, отворами по його периметру за якими центрально і жорстко з тієї ж сторони закріплений верхній пустотний конусний концентратор з додатковими концентраторами, бокові стінки яких відповідають зовнішній поверхні кільцевих циліндричних концентраторів, і жорстко з'єднані з ними, при цьому кільцевий циліндричний концентратор забезпечений отвором, який співпадає з аналогічним отвором мембрани і отвором аналогічного кільцевого концентратора, центрально і жорстко закріпленого до мембрани з нижньої сторони та до аналогічно закріпленого нижнього пустотного конусного концентратора з додатковими концентраторами, бічні поверхні яких відповідають зовнішній формі аналогічного концентратора з отворами в концентраторах, які співпадають з отворами верхнього пустотного концентратора, з отворами, співпадаючими між кільцевими концентраторами, а також аналогічними отворами між кільцевими концентраторами, а останній концентратор додатково забезпечений центральними отворами і отворами, співпадаючими з отворами нижнього пустотного конусного концентратора, в середині якого паралельно внутрішнім його стінкам розміщений, з проміжком, пустотний конусний концентратор жорстко і центрально закріплений з нижньої сторони мембрани. Загальними ознаками для найближчого аналогу і установки для знезараження води ультразвуком є вертикально установлена на амортизаторах герметична ємність з горизонтальною мембраною розміщеною між її секціями, яка забезпечена концентраторами ультразвукових коливань, магнітострикційним перетворювачем і запірно-роздавальною арматурою. Установка для безреагентного знезараження води ультразвуком забезпечує ряд переваг і суттєвих відмінностей у порівняні з аналогами і найближчим аналогом, основними з яких є: 1. Частково нове сполучення ознак, що свідчить про наявність суттєвих відмінностей: герметична ємність складається з двох однакових секцій, магнітострикційний перетворювач закріплений на верхній стороні горизонтальної мембрани, а пустотний конусний концентратор з нижньої її сторони під ним. 2. Заміна частини ознак новими, що теж вказує на наявність суттєвих відмінностей: кульові концентратори замінені на кільцеві циліндричні концентратори; пустотні конусні концентратори замінені на повнотілі додаткові кільцеві концентратори. 3. Введення нових ознак, що теж указує на наявність суттєвих відмінностей: конусні пустотні концентратори з додатковими кільцевими повнотілими концентраторами; нижній пустотний конусний концентратор; додаткові кільцеві циліндричні концентратори. 4. Згідно пп. 1, 2 і 3 установка забезпечує нові взаємоположення ознак і нові типи зв'язків і взаємодії між ознаками, що теж вказує на наявність суттєвих відмінностей. На кресленні приведений поперечний переріз установки для безреагентного знезараження води ультразвуком, яка утримує вертикально встановлену циліндричну ємність, яка складається 2 UA 84781 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 з верхньої циліндричної секції 1 з кришкою 2, забезпеченою центральним вхідним патрубком 3 з корковим краном 4, та нижньої циліндричної секції 5 з днищем 6, установленим на амортизаторах 7 і забезпеченим центральним вихідним патрубком 8 з корковим краном 9, між якими з допомогою герметизуючих і амортизуючих кільцевих прокладок 10 і 11 горизонтально установлена мембрана 12, яка по периферії забезпечена отворами 13 центрально і жорстко закріпленим з її верхньої сторони магнітострикційним випромінювачем 14, отворами 15 по його периметру за якими центрально і жорстко з тієї ж сторони закріплений верхній пустотний конусний концентратор 16 з додатковими концентраторами, бокові стінки яких відповідають зовнішній поверхні кільцевих циліндричних концентраторів 17, 18 і 19 і жорстко з'єднані з ними, при цьому кільцевий циліндричний концентратор 17 забезпечений отвором 20, який співпадає з аналогічним отвором 21 мембрани 12 і отвором 22 аналогічного кільцевого концентратора 23, центрально і жорстко закріпленого до мембрани 12 з нижньої сторони та до аналогічно закріпленого нижнього пустотного конусного концентратора 24 з додатковими концентраторами 25, бічні поверхні яких відповідають зовнішній формі аналогічного концентратора 17 з отворами 26 в концентраторах 17 і 18, які співпадають з отворами 27 верхнього пустотного концентратора 16, з отворами 28 і 29, співпадаючими між кільцевими концентраторами 17 і 18, 18 і 19, а також аналогічними отворами 30 і 31 між кільцевими концентраторами 23 і 32 та 32 і 33, а останній концентратор додатково забезпечений центральними отворами 34 і отворами 35, співпадаючими з отворами 36 нижнього пустотного конусного концентратора 24, в середині якого паралельно внутрішнім його стінкам розміщений, з проміжком, пустотний конусний концентратор 37 жорстко і центрально закріплений з нижньої сторони мембрани 12. Установка для безреагентного знезараження води ультразвуком працює таким чином. При закритому корковому крані 9 вихідного патрубка, ввімкненому генераторові (не показаний) ультразвукових коливань, під'єднаному до магнітострикційного перетворювача 14 і відкритому корковому крані 4 по центральному вхідному патрубку 3 в ємність подають воду для її безреагентного знезараження. Через отвори 30 вода поступає у циліндричний концентратор 19, де вона піддається дії сфокусованого звуку, який створюється хвильовими фронтами в циліндричній формі концентратора ультразвукових хвиль. Фокусування звуку аналогічне фокусуванню світлових хвиль: в процесі його має місце концентрація енергії хвилі, яка досягає максимальної величини в фокусі, який є центром кривизни. При фокусуванні звуку здійснюється фокусування звукового тиску, коливальної швидкості частинок і інтенсивності звуку. При наявності інтенсивного ультразвукового поля і турбулентного руху суспензії виникають явища кавітації, які і є руйнівними факторами будь-яких біологічних чи органічних частинок. В процесі дії кавітації мають місце також удари і співудари цих частинок, тертя їх як між собою, так і з поверхнями вузлів установки. Аналогічні руйнівні дії приведених факторів мають місце і в усіх без винятку кільцевих циліндричних концентраторах над мембраною 12 і під нею. При цьому всі отвори, які забезпечують перехід води з одної зони диспергування в іншу, працюють як гідродинамічні випромінювачі і сприяють процесам диспергування названих речовин. Аналогічне призначення і конусного пустотного концентратора 37, нижнього 24 і верхнього 16 конусних пустотних концентраторів з їх додатковими концентраторами, корпуса магнітострикційного перетворювача 14 і мембрани 12. Особлива додаткова роль надається отворам 26 і 27 кільцевих циліндричних концентраторів 17 і 18 - це подача води на корпус магнітострикційного перетворювача 14 для його охолодження. У міру заповнення ємності водою в роботу вступають всі ультразвукові поля зовнішніх поверхонь кільцевих концентраторів без винятку, що сприяє створенню кавітаційних зон між ними і внутрішніми поверхнями верхньої 1 і нижньої 5 секцій. 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 ультразвукових променів і його ультрафіолетової частини спектра, в результаті якого мають місце незворотні пошкодження ДНК, РНК і клітинних мембран, що приводить теж до загибелі мікроорганізмів. Після заповнення ємності водою частково або повністю відкривається корковий кран 9 і по центральному вихідному патрубку 8 знезаражена вода видаляється, а корковим краном 4 центрального вхідного патрубка 3 регулюється аналогічна кількість подачі води на її знезараження і установка працює в безперервному режимі. 3 UA 84781 U Промивання установки після закінчення роботи здійснюється аналогічним чином, після чого вимикають генератор (не показаний) ультразвукових хвиль. Відновлення роботи забезпечується повторенням процесів. 5 10 15 20 25 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Установка для безреагентного знезараження води ультразвуком, що містить вертикально установлену на амортизаторах герметичну ємність з горизонтальною мембраною, розміщеною між її секціями, яка забезпечена концентраторами ультразвукових коливань, магнітострикційним перетворювачем і запірно-роздавальною арматурою, яка відрізняється тим, що вона утримує вертикально встановлену циліндричну ємність, яка складається з верхньої циліндричної секції з кришкою, забезпеченою центральним вхідним патрубком з корковим краном, та нижньої циліндричної секції з днищем, установленим на амортизаторах і забезпеченим центральним вихідним патрубком з корковим краном, між якими з допомогою герметизуючих і амортизуючих кільцевих прокладок горизонтально установлена мембрана, яка по периферії забезпечена отворами центрально і жорстко закріпленим з її верхньої сторони магнітострикційним випромінювачем, отворами по його периметру за якими центрально і жорстко з тієї ж сторони закріплений верхній пустотний конусний концентратор з додатковими концентраторами, бокові стінки яких відповідають зовнішній поверхні кільцевих циліндричних концентраторів, і жорстко з'єднані з ними, при цьому кільцевий циліндричний концентратор забезпечений отвором, який співпадає з аналогічним отвором мембрани і отвором аналогічного кільцевого концентратора, центрально і жорстко закріпленого до мембрани з нижньої сторони та до аналогічно закріпленого нижнього пустотного конусного концентратора з додатковими концентраторами, бічні поверхні яких відповідають зовнішній формі аналогічного концентратора з отворами в концентраторах, які співпадають з отворами верхнього пустотного концентратора, з отворами, співпадаючими між кільцевими концентраторами, а також аналогічними отворами між кільцевими концентраторами, а останній концентратор додатково забезпечений центральними отворами і отворами, співпадаючими з отворами нижнього пустотного конусного концентратора, в середині якого паралельно внутрішнім його стінкам розміщений, з проміжком, пустотний конусний концентратор жорстко і центрально закріплений з нижньої сторони мембрани. 4 UA 84781 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5