Способ получения питьевой воды, устройство для его осуществления и питьевая вода
Способ заключается в том, что окоренную древесину (пиломатериалы) помещают в сушильную камеру, изготовленную из химически нейтрального к древесной воде материала, на стеллажи. Продувают ее нагретым до температуры не более 40-45°С воздухом. Питьевую воду получают из воздуха, обогащенного древесной влагой, путем ее конденсации и последующего охлаждения. Устройство содержит сушильную камеру со стеллажами для пиломатериалов, нагреватель воздуха, датчик температуры, установленные в сушильной камере под стеллажами, вентилятор вытяжной, установленный над стеллажами, узел сбора конденсата. При этом последний включает холодильник с конденсационными трубками, отводящий воду патрубок для питьевой воды водосборник и терморегулятор. Входной конец воздуховода соединен с верхней частью сушильной камеры, нижняя часть которой соединена с отводящим трубопроводом. Устройство может быть снабжено дополнительно фильтром для очистки воды, датчиком температуры и вентилятором. Сушильная камера, холодильник, подводящие и отводящие воздуховоды в устройстве могут быть изготовлены из нержавеющей стали, керамики или стекла. Полученная питьевая вода имеет общую жесткость до 10 мг экв/дм3 и рН - до 9. Это позволяет расширить арсенал средств для получения питьевой воды в любое время в любом месте, где растет лес, где есть древесина и возможна ее искусственная сушка, а также получить питьевую воду с полезными свойствами из-за низкого содержания в ней нитритов, нитратов, хлоридов, сульфатов. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.
Группа изобретений относится к технике получения питьевой воды и они могут быть использованы в лесоперерабатывающей промышленности при сушке древесины, т.е. в любое время года в любом месте земного шара, где растет лес и где может осуществляться сушка древесины в сушильных камерах.
Вода и Жизнь - не разделимы. И когда Бог творил Жизнь, вода уже была. Об этом говорят первые слова Библии: «В начале Бог сотворил небо и землю. Земля же была безвидна и пуста, и тьма над бездною, и Дух Божий носился над ВОДОЮ» (Библия, Ветхий завет, книга Бытие 1:1-2). Воды на земном шаре очень много, но питьевой (пресной) - очень мало. Имеются воды высокогорных рек, ледниковая и снеговая, талая. Источником воды являются также открытые водоемы и подземные воды (родниковые, почвенные, грунтовые, артезианские (Краткая энциклопедия домашнего хозяйства. «Советская энциклопедия». М., 1990, с.478).
Используют в качестве воды и березовый сок, вырабатываемый после нанесения дереву раны диаметром не менее 20 см в период интенсивного сокодвижения. Раны являются губительными для березы, а потому деревья выбирают на участках, отведенных в рубку главному пользователю на текущий год (Лес России. Энциклопедия. Под общей редакцией Уткина А.И. и др. М.: Научное издательство «Большая Российская энциклопедия». 1995, с.325). Березовый сок собирают только весной в течение короткого времени (не более 30 дней) с малой производительностью. Поэтому изобретения в области получения питьевой воды очень актуальны.
Известны способы и устройства для получения пресной «воздушной» воды (из атмосферного воздуха), например по патентам РФ: №№2004719 (публ. 1993 г.), 2056479 (публ. 1996 г.), 2101423 (публ. 1998 г.), 2131001 (публ. 1999 г.), 2143033 (публ. 1998 г.), 2182623 (публ. 2002 г.), 2184815 (публ. 2002 г.), 2185482 (публ. 2002 г.), 2211293 (публ. 2003 г.), 2230858 (публ. 2004 г.), 2278929 (публ. 2006 г.), 2290480 (публ. 2006 г.) и др. (МПК: Е03В 3/28).
Недостатки известных технических решений: недостаточная их эффективность из-за низкой производительности или из-за сложности систем, или из-за больших энергозатрат, или из-за невозможности организовать непрерывное производство воды, когда метод ее получения основан на разнице дневной и ночной температуры окружающей среды.
Известны технические решения для добычи воды из буровых скважин (Патент РФ №2273730), из намороженного льда (Заявка №95107846/25 от 15.05.1995 г.) или, например: для получения воды в условиях пустыни методом отбора конденсата транспирационной влаги пустынных растений, накрытых полиэтиленовой пленкой (Патент РФ №2182951, публ. 2002 г.).
Недостатки и этих известных технических решений те же, что были упомянуты выше.
Наиболее близким к предлагаемой группе изобретений является СПОСОБ СОБИРАНИЯ СОКА В ПРОЦЕССЕ ИСКУССТВЕННОЙ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ И ПОЛУЧАЕМЫЙ ПРИ ЭТОМ ДРЕВЕСНЫЙ СОК, по патенту Японии (JP 2001 - 263941 А, 2001.9.26, F26B 9/06, заявка 2000-72005 от 2000.3.15.), заключающийся в том, что древесину помещают в сушильную камеру, продувают ее нагретым до 65°С воздухом, который после прохождения им сушильной камеры и обогащения древесной влагой направляют в узел сбора конденсата и далее - на нагрев и снова в сушильную камеру.
Известное устройство, реализующее этот способ, включает сушильную камеру со стеллажами для пиломатериалов, инфракрасный нагреватель воздуха, вентилятор, нагнетающий нагретый воздух в сушильную камеру, датчик температуры, узел сбора конденсата, сообщающийся с сушильной камерой через отверстие в стене камеры и содержащий влагоотделитель, блюдце для сбора влаги, систему дренажа, компрессор, конденсаторы, соединительные трубки, клапан расширения, панель управления и другие элементы.
Древесный сок, получаемый известным способом на известном устройстве, включает почвенную воду, переработанную корнями деревьев и накопленную в древесине в период их произрастания с растворенными в ней ферментами, микроэлементами и т.д., количественный и качественный состав которых зависит от породы дерева и места произрастания.
Недостатком прототипа является тот факт, что при указанном режиме сушки древесины (до 65°С) в водный раствор указанных выше веществ попадают и смолистые вещества, присущие данной породе дерева, которые загрязняют «сок» и препятствуют употреблению его в качестве питьевой воды. Например, древесный «сок», полученный по прототипу при сушке кипариса, имеет такой сильный запах, что пригоден только как бактерицидное и дезодорирующее средство для туалета, мусорного ведра, ванны или как аэрозоль для гостиной. Кроме того, сложность устройства делает получение «древесной» воды дорогим.
Задачей заявляемых изобретений является обеспечение возможности получения питьевой воды в любом месте, где растет лес и осуществляется сушка древесины в сушильных камерах, а также удешевление получаемой воды.
Цель изобретения - не допустить попадание смолистых веществ объекта сушки в конденсат.
Технический результат достигается тем, что в известном способе, заключающемся в том, что пиломатериалы помещают в сушильную камеру на стеллажи, продувают их нагретым до определенной температуры воздухом, а обогащенный древесной влагой в сушильной камере воздух подают в узел сбора конденсата, где его охлаждают и обезвоживают, собирая влагу в водосборник, и подают на нагрев и снова в сушильную камеру на продувку объекта сушки, согласно изобретению в качестве объекта сушки используют окоренную древесину, продувают ее воздухом, нагретым до температуры не более 40-45°С, используют сушильную камеру, изготовленную из химически нейтрального к древесной воде материала, подачу обогащенного древесной влагой в сушильной камере воздуха в узел сбора конденсата интенсифицируют с помощью вентилятора, а узел сбора конденсата устанавливают за пределами сушильной камеры.
Технический результат достигается также тем, что в известном устройстве, содержащем сушильную камеру со стеллажами для пиломатериалов, нагреватель воздуха, датчик температуры, вентилятор, узел сбора конденсата, сообщающийся с сушильной камерой, согласно изобретению узел сбора конденсата включает холодильное устройство с конденсационными трубками, отводящий патрубок, водосборник, теплоизолятор и соединен с сушильной камерой с помощью подводящего и отводящего воздуховодов, при этом входной конец первого из них соединен с верхней частью сушильной камеры, выходной конец второго - с нижней ее частью между нагревателем воздуха и нижним стеллажом, а между узлом сбора конденсата и воздуховодами установлены теплоизоляционные прокладки, причем между отводящим патрубком и водосборником установлен фильтр для очистки воды, нагреватель воздуха и датчик температуры установлены в сушильной камере под стеллажами, вентилятор (вытяжной) - над стеллажами, а сушильная камера, холодильное устройство и воздуховоды изготовлены их химически нейтрального к древесной воде материала.
Кроме того, технический результат достигается тем, что заявляемым способом на заявляемом устройстве получают питьевую воду с низким содержанием нитритов, нитратов, хлоридов, сульфатов, имеющую благоприятные органолептические свойства.
Сопоставительный анализ заявляемых технических решений с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ отличается от известного условиями осуществления действий: используемым сырьем (в прототипе используют «цельную» древесину, т.е. с корой, а в заявляемом изобретении - окоренную), режимом (в заявляемом изобретении сушку окоренной древесины ведут при более низкой, чем в прототипе, температуре: не более 40-45°С, а в прототипе - до 65°С), а также действиями (в заявляемом изобретении интенсифицируют подачу обогащенного древесной влагой в сушильной камере воздуха в узел сбора конденсата с помощью вентилятора, а в прототипе - нет), а также и другими признаками.
Заявляемое устройство для получения питьевой воды с низким содержанием нитритов, нитратов, хлоридов, сульфатов и благоприятными органолептическими свойствами отличается от прототипа конструктивными элементами, в частности узлом сбора конденсата, его связью с сушильной камерой; а также взаимным расположением элементов (в прототипе узел сбора конденсата расположен в непосредственной близости с сушильной камерой, а в заявляемом устройстве этот узел вынесен за пределы камеры и соединяется с ней трубами - воздуховодами) и другими признаками.
Питьевая вода, получаемая заявляемым способом с помощью заявляемого устройства, отличается от прототипа качественным составом (древесный сок, получаемый по прототипу, имеет неблагоприятные органолептические свойства - запах, привкус и т.д., делающие его непригодным в качестве питьевой воды, т.к. в нем присутствуют растворенные при высокой температуре сушки древесины смолы и другие нежелательные для указанной цели вещества, которые отсутствуют в заявляемой питьевой воде) и количественным составом (она включает низкое содержание нитритов, нитратов, хлоридов, сульфатов, т.е. обладает улучшенными биологическими свойствами).
Таким образом, заявляемые технические решения соответствуют критерию патентоспособности НОВИЗНА.
Исследуя уровень техники в процессе проведения патентного поиска по всем видам сведений, общедоступных в печати, мы не выявили технических решений, имеющих совокупность отличительных признаков заявляемого способа (сушке подвергают ОКОРЕННУЮ древесину, сушат ее при температуре не выше 40-45°С, подачу обогащенного в сушильной камере древесной влагой воздуха в узел сбора конденсата интенсифицируют, узел сбора конденсата устанавливают за пределами сушильной камеры), а также технических решений, имеющих совокупность отличительных признаков заявляемого устройства и заявляемого вещества - питьевой «древесной» воды с низким содержанием нитритов, нитратов, хлоридов, сульфатов, имеющую благоприятные органолептические свойства. До настоящего времени выпариваемая из древесины влага была отходом производства и нигде не использовалась, тем более в качестве питьевой воды, что придает заявляемой группе изобретений актуальность. К заявляемой совокупности признаков заявляемой группы изобретений мы пришли после многолетних исследований и опытов, проводимых с целью получения именно питьевой («древесной», «лесной») воды, безвредной по химическому составу и имеющей благоприятные органолептические свойства в соответствии с санитарно-эпидемиологическими правилами и нормативами, о которых будет оговорено ниже. Следовательно, вся совокупность отличительных от прототипа признаков является новой, и заявляемые технические решения соответствуют критерию патентоспособности ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ.
Заявляемые технические решения соответствуют и критерию патентоспособности ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ, т.к. они могут быть использованы в технике получения воды, в частности на стыке с техникой сушки древесины, в лесной и деревообрабатывающей отраслях промышленности. И, кроме того, в описании изобретений представлены средства и методы, с помощью которых возможно осуществление технических решений в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах формулы изобретений.
Способ осуществляется следующим образом.
Окоренную древесину (пиломатериалы) помещают в сушильную камеру, изготовленную из химически нейтрального к древесной воде материала, продувают ее нагретым до температуры не более 40-45°С воздухом, обогащенный в сушильной камере древесной влагой воздух подают в узел сбора конденсата, интенсифицируя его подачу с помощью вентилятора, там его охлаждают и обезвоживают, собирая влагу в водосборник, и подают снова на нагрев в сушильную камеру и на продувку объекта сушки, причем узел сбора конденсата устанавливают за пределами сушильной камеры. Влага, собираемая в водосборник при обезвоживании поступающего из сушильной камеры воздуха, имеет низкое содержание нитритов, нитратов, хлоридов, сульфатов и благоприятные органолептические свойства, т.е. является питьевой.
На фиг.1 схематически представлено заявляемое устройство для получения питьевой воды с низким содержанием нитритов, нитратов, хлоридов, сульфатов и благоприятными органолептическими свойствами (общий вид); на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
Заявляемое устройство включает сушильную камеру 1 со стеллажами 2 для размещения на них пиломатериалов (окоренной древесины), нагреватель 3, датчик 4 температуры, вентилятор 5, узел сбора конденсата, состоящий из холодильного устройства 6 с конденсационными трубками 7, теплоизолятора 8 и отводящего воду патрубка 9, к которому присоединен водосборник 10, узел сбора конденсата соединенный с сушильной камерой с помощью подводящего и отводящего воздуховодов 11, 12 соответственно, при этом входной конец подводящего воздуховода соединен с верхней частью сушильной камеры, выходной конец отводящего воздуховода - с нижней ее частью между нагревателем и нижним стеллажом, а между узлом сбора конденсата и воздуховодами установлены теплоизоляционные прокладки 13. Причем, нагреватель выполнен в виде электрокалорифера, между отводящим патрубком и водосборником установлен фильтр для очистки воды, нагреватель воздуха и датчик температуры установлены в сушильной камере под стеллажами, вентилятор (вытяжной) - над стеллажами, а сушильная камера, холодильное устройство и воздуховоды выполнены из нержавеющей стали, или керамики, или стекла,.
Устройство работает следующим образом. Сушильная камера 1 с загруженной на ее стеллажах 2 окоренной древесиной нагревается нагревателем 3, например теплоэлектронагревателем (ТЭНом), установленным под стеллажами, до температуры не более 40-45, которая регулируется датчиками температуры, также установленным под стеллажами. Пиломатериалы (окоренная древесина) продуваются нагретым до указанной выше температуры и испаряют влагу. Водяные пары, получаемые в результате испарения влаги из древесины, захватываются конвекционным воздушным потоком от работающего вентилятора 5, установленного в верхней части сушильной камеры над стеллажами, и подаются по подводящему воздуховоду 11 в узел сбора конденсата - в холодильное устройство 6 с конденсационными трубками 7, на которых конденсируется влага из поступающего воздушного потока. Конденсированные водяные пары через отводящий патрубок 9 стекают в водосборник 10. «Отработавший» воздушный поток, т.е. отдавший влагу в узле сбора конденсата, подается по отводящему воздуховоду 12 в сушильную камеру - в нижнюю ее часть между нагревателем и нижним стеллажом для нагрева и продувки им пиломатериалов. Теплоизолятор 8 и теплоизоляционные прокладки 13 предотвращают нагрев узла сбора конденсата извне, обеспечивая эффективную работу холодильного устройства. Между отводящим патрубком и водосборником установлен фильтр для очистки воды.
Вода, получаемая на заявляемом устройстве, реализующем заявляемый способ, является питьевой, т.к. она безвредна по химическому составу, имеет приятные органолептические свойства и по основным своим показателям не превышает предельно допустимые, установленные санитарно-эпидемиологическим правилами и нормативами СанПиН 2.1.4.1074-01, утвержденными Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 26.09.2001 №24. Кроме того, по некоторым показателям она обладает полезными свойствами из-за низкого содержания нитритов, нитратов, хлоридов, сульфатов - практически нитриты и нитраты в ней почти отсутствуют, а содержание хлоридов и сульфатов ограничено (см. таблицу).
| № п.п. | Показатель | Единица измерения | Предельно-допустимая концентрация (СанПиН 2.1.4.1074-01) | №1 Ясень (Краснодар- ский край) |
№3 Сосна (Юриковс- кое лесное хозяйство) |
№4 Ель (Щелковский район Московской области) | №2 Береза (Щелковский район Московской области) |
| 1 | Запах | Баллы | 2 | 1-2 древесный | 3 сосновый | - | - |
| 2 | рН | - | 6,0-9,0 | 7,14 | 6,17 | - | - |
| 3 | мутность | мг/дм3 | 1,5 | 1,9 | 1,2 | 4,95 | 1,85 |
| 4 | цветность | градус | 20 | 21 | 12 | 16 | 6,5 |
| 5 | нитриты | мг/дм3 | 3,0 | 0,36 | 0,19 | - | - |
| 6 | нитраты | мг/дм3 | 45,0 | 3,6 | 0,3 | - | - |
| 7 | общая жесткость | мг·экв/дм3 | 7,0 | 15,9 | 11,3 | - | - |
| 8 | щелочность | мг·экв/дм3 | не нормируется | 5,0 | 1,5 | - | - |
| 9 | хлориды | мг/дм3 | 350 | 29,07 | 12,76 | - | - |
| 10 | фториды | мг/дм3 | 1,5 | 1,0 | 1,36 | - | - |
| 11 | сульфаты | мг/дм3 | 500 | 32,92 | 6,25 | - | - |
| 12 | железо | мг/дм3 | 0,3 | 0,004 | 0,015 | 0,074 | 0,141 |
| 13 | марганец | мг/дм3 | 0,1 | 0,125 | 0,05 | 0,047 | 0,116 |
| 14 | цинк | мг/дм3 | 5,0 | 1,212 | 1,657 | - | - |
| 15 | медь | мг/дм3 | 1,0 | - | - | 0,01 | 0,196 |
Анализ полученных из высушиваемой древесины вод показал, что их состав зависит от породы и условий произрастания леса и по своим органолептическим свойствам различается, не превышая предельно допустимые нормативы по запаху, привкусу, цветности, мутности.
Однако общим для воды из древесин всех пород является очень низкое содержание нитритов и нитратов, что благотворно влияет на здоровье людей, т.к. наличие в организме человека нитритов и нитратов, которые под воздействием микрофлоры кишечника превращаются в нитриты, мешают гемоглобину крови переносить кислород, что затрудняет дыхание клеток. Кроме того, избыток нитратов способствует появлению в организме нитрозаминов - сильных канцерогенов.
Нами были проведены опыты по получению питьевой воды с низким содержанием нитритов, нитратов, хлоридов, сульфатов и благотворными органолептическими свойствами путем извлечения древесного сока при искусственной сушке пиломатериалов из разных пород деревьев, произрастающих в разных регионах, заявляемым способом на заявляемом устройстве. Полученные результаты анализов получаемых вод см. в прилагаемых Протоколах ГУП г.Москвы «Институт Мосводканал НИИ проект» (№68-06/пр от 21.12.2006 г. и №84-06/пр от 11.05.2007 г.).
Пример.
Было изготовлено устройство для получения питьевой воды с низким содержанием нитритов, нитратов, хлоридов, сульфатов и благоприятными органолептическими свойствами путем извлечения древесного сока из пиломатериалов в процессе их искусственной сушки. Сушильная камера размером 4 м × 2 м × 2 м со стеллажами, воздуховоды, отводной патрубок, конденсационные трубки, водосборник были изготовлены из нержавеющей стали. В качестве холодильного устройства использовали вентилятор, в качестве нагревателя - теплоэлектронагреватель (ТЭН) мощностью 7 кВт, в качестве датчика температуры - термопару, а в качестве теплоизолятора - материал (маты) URSA (УРСА), в качестве теплоизоляционных прокладок - резиновые шайбы. Количество загружаемой на стеллажи окоренной древесины 1 м3. Количество получаемой питьевой воды зависело от влажности окоренной древесины и составляло в среднем 50 л с 1 м3 древесины (максимальное количество воды с 1 м3 доходило до 100-120 л).
Использование окоренной древесины и режима ее сушки при температуре не выше 40-45°С не допускает попадание смолистых веществ в водяные пары, получаемые в результате испарения влаги из древесины при продувании ее нагретым воздухом, а стало быть обеспечивает получаемой «древесной» воде благоприятные органолептические свойства, делая ее пригодной для питья.
Изготовление сушильной камеры и других элементов заявляемого устройства из химически нейтрального к древесной воде материала обеспечивает безвредный химический состав получаемой воде, делая ее пригодной для питья.
Интенсификация подачи обогащенного древесной влагой в сушильной камере воздуха в узел сбора конденсата с помощью вентилятора при указанном температурном режиме сушки древесины, а также установка узла сбора конденсата за пределами сушильной камеры обеспечивают разницу температур теплоносителя и охладителя, необходимую для более эффективного осуществления конденсации водяных паров и сбора питьевой воды. Вынос узла сбора конденсата за пределы сушильной камеры обеспечивает более эффективную работу холодильного устройства т.к. устраняет его нагрев от сушильной камеры и необходимость усиленной его теплоизоляции от последней, что делает получение питьевой воды из древесины более простым и экономически выгодным.
Эти отличительные от прототипа признаки заявляемых изобретений необходимы и достаточны для получения питьевой воды из древесины в процессе ее искусственной сушки (воды с низким содержанием нитритов, нитратов, хлоридов, сульфатов и благоприятными органолептическими свойствами) простым и экономически выгодным способом, т.е. для достижения поставленной цели и решения поставленной задачи.
1. Способ получения питьевой воды, характеризующийся тем, что он предусматривает продувку в сушильной камере воздухом, нагретым до температуры не более 40-45°С, окоренной древесины, а питьевую воду получают из воздуха, обогащенного древесной влагой, путем ее конденсации и последующего охлаждения, при этом сушильная камера изготовлена из химически нейтрального к древесной влаге материала.
2. Устройство для получения питьевой воды, характеризующееся тем, что включает сушильную камеру со стеллажами для сушки окоренной древесины, с нагревателями и соединенными с ней подводящим и отводящим воздуховодами в узел сбора конденсата, при этом последний включает холодильник с конденсационными трубками, отводящий патрубок для питьевой воды, водосборник и терморегулятор, причем входной конец воздуховода соединен с верхней частью сушильной камеры, нижняя часть которой соединена с отводящим трубопроводом.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным фильтром для очистки воды, установленным между отводящим патрубком и водосборником.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено датчиком температуры, расположенным в сушильной камере под стеллажами и нагревателем воздуха.
5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено вентилятором, расположенным над стеллажами сушильной камеры.
6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что сушильная камера, холодильник, подводящие и отводящие воздуховоды изготовлены из нержавеющей стали, керамики или стекла.
7. Питьевая вода, полученная по способу п.1, имеет общую жесткость до 10 мг экв/дм3 и рН - до 9.
