Бытовое устройство для обеззараживания воды

Авторы патента:

F24H1/10 - водонагреватели с непрерывным потоком воды, т.е. нагреватели, в которых тепло генерируется только при течении воды, например при прямом контакте воды с нагревающим теплоносителем (F24H 1/50 имеет преимущество)

C02F1/02 - Обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод (разделение вообще B01D; специальные устройства на судах для обработки воды, промышленных и бытовых сточных вод, например для получения питьевой воды B63J; добавление к воде веществ для предотвращения коррозии C23F; обработка жидкостей, загрязненных радиоактивными веществами G21F 9/04)

Владельцы патента RU 2583237:

Коган Андрей Яковлевич (RU)

Изобретение относится к устройствам для обеззараживания (стерилизации) воды, а именно к обеззараживанию потока воды физическими методами, конкретно - к бытовым аппаратам для получения кипяченой питьевой воды, может быть использовано для получения холодной кипяченой питьевой воды путем стерилизации водопроводной воды. Устройство содержит рекуперативный противоточный теплообменник 1. Каналы теплообменника соединены через камеру 2, имеющую электрический нагреватель 3. В камере вода обеззараживается при температуре выше 100°С. Высокая эффективность теплообмена достигнута путем заполнения каналов насадкой 4 из посеребренных медных гранул. Гранулы подпрессованы в каналах для увеличения теплопроводности насадки. Изобретение позволяет получать холодную кипяченую воду с наименьшими затратами времени и электроэнергии. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройствам для обеззараживания (стерилизации) воды, а именно обеззараживания потока воды физическими методами, конкретно - к бытовым аппаратам для получения кипяченой питьевой воды, может быть использовано для получения холодной кипяченой питьевой воды путем стерилизации водопроводной воды.

Основное назначение аппарата - получение холодной кипяченой воды с наименьшими затратами времени и энергии.

Уровень техники

Известны способы обеззараживания питьевой воды химическими и физическими методами. К физическим относятся ультрафиолетовое облучение, ультразвуковая обработка воды, температурная обработка. Аппараты для реализации обеззараживания воды делятся на промышленные и бытовые.

Известны бытовые устройства схожего назначения - кулеры, электрические чайники, кипятильники, водогрейные колонки (титаны), бытовые проточные водонагреватели и другие.

Наибольшее распространение имеют электрические чайники. Электрические чайники состоят из сосуда, обычно емкостью 1.5-2 литра, со встроенным нагревателем типа ТЭН и управляющими и предохранительными устройствами (например, Electric kettle with foam heat preservation layer. Патент CN103735154 (A), 2014.04.23). Для достижения обозначенной цели, т.е. получения холодной кипяченой воды, с помощью электрического чайника требуется осуществить следующую последовательность действий: налить воду в чайник, вскипятить ее, охладить воду. Затраты электроэнергии превышают 100 ккал на 1 литр воды, а время на охлаждение составляет около 1 часа.

Недостатками этого типа устройств, с точки зрения ограниченной задачи обеззараживания воды, является высокий расход энергии и значительное время охлаждения или высокая температура воды по окончании процесса.

Известны также устройства-кулеры, предназначенные для приготовления и розлива холодной и горячей питьевой воды. Эти устройства используют готовую питьевую воду и не предназначены для обеззараживания воды путем кипячения. Максимальная температура нагрева воды в них не превышает 95°С. Причем нагретая вода разливается горячей, холодная не подвергается обработке высокой температурой. Пример - LC-AEL-280b, описание на сайте http://www.cooler-ok.ru/index.php?ukey=auxpage_instrukcii-k-kuleram-dlja-vody.

Известное устройство требует готовой питьевой воды и не решает поставленную задачу - обеззараживание водопроводной воды.

Известны также устройства для быстрой пастеризации молока путем краткосрочного нагрева. Устройства включают трубопровод, по которому с постоянной скоростью движется поток жидкости (молока), и СВЧ-излучатели. СВЧ-излучатели обеспечивают быстрый и равномерный прогрев молока в непрерывном потоке (патент РФ №2101884; патент RU 2118886).

Недостатком устройства для бытовых целей стерилизации воды является высокий расход энергии и вредное электромагнитное излучение, а также высокая стоимость СВЧ-излучателей.

Известны аппараты, решающие задачу полностью автоматической тепловой стерилизации воды (CN 2933223 (Y), 2007.08.15), включающие резервуары для теплой и горячей воды, котлы с электрическим нагревателем, водопроводные каналы и краны, реле уровня теплой и холодной воды, электромагнитные клапаны горячей и холодной воды, систему автоматического управления, датчики температуры, генератор озона и многое другое. Это устройство обеспечивает стерилизацию воды при различных уровнях атмосферного давлении, то есть решает поставленную задачу, но сложно, громоздко и дорого, что ограничивает возможность его применения в быту.

За прототип принят бытовой прибор - электрический проточный нагреватель воды. Подобные устройства во множестве вариантов присутствуют на рынке, например водонагреватель ATMOR BASIC или Novel household water heater, патент CN 203413807 (U), 2014.01.29, устройство описано на сайте «Теплота» (http://teplota.kh.ua/01/kak-ustroen-protochnik-thermex-stream-vnutrennee-ustrojstvo-protochnogo-vodonagrevatelya-termeks/), или устройство по патенту CN 203413807 (U) - 2014-01-29.

Устройства предназначены для подогрева потока воды в бытовых условиях. Включают канал для потока воды, подключение к водопроводу, электронагреватель, установленный на или в канале водовода, автомат включения-отключения нагревателя, предохранитель от перегрева. Устройство работает следующим образом. При отсутствии потока воды в канале устройства или отсутствии давления в водоводе нагреватель отключен, и устройство находится в нерабочем состоянии. Если по каналу движется вода, то автомат включает нагреватель, и на выходе из канала температура воды поднимается. При перекрытии потока нагреватель отключается, и подогреватель переходит в "ждущее" состояние.

Эти устройства наиболее близки по технической сущности, но не предназначены для нагрева воды выше 90°С и не могут быть использованы для температурной стерилизации водопроводной воды.

Раскрытие изобретения

Устройство, являющееся объектом настоящего изобретения, предназначено для получения в бытовых условиях потока холодной или теплой воды, стерилизованной путем нагрева до температуры выше 100°С, с минимальными затратами энергии и времени.

Поставленная задача решается тем, что в отличие от известного технического решения устройство содержит рекуперативный противоточный теплообменник, каналы которого соединены через перегреватель, как показано на чертеже. Конструктивно устройство выполнено в виде теплообменника труба в трубе или пластинчатого теплообменника, входящий канал служит для подогрева поступающей из водопровода воды, а исходящий служит для охлаждения стерилизованной воды и имеет сужение на участке между теплообменной зоной и выходом из устройства, а также перегреватель небольшой мощности, расположенный между подогревающей и теплосъемной частями теплообменника. Сужение может быть выполнено в виде диафрагмы, капилляра, вентиля, крана или их комбинации. Для безопасности устройство дополняет регулятор температуры перегревателя, датчик потока воды, связанный с выключателем нагревателя. Для увеличения эффективности теплообменника типа труба в трубе при ограниченных габаритах изделия внутренний объем теплообменника заполнен гранулированным материалом с хорошей теплопроводностью. Могут быть использованы медь, серебро или, например, графит. Хороший результат дают посеребренные медные шарики, подпрессованные в трубе и межтрубном пространстве теплообменника так, что в точках контакта шариков между собой и шариков со стенками площадь контакта увеличена за счет пластической деформации материала.

Устройство работает следующим образом. Холодная вода подается в рекуперационный теплообменник, например, типа труба в трубе. В теплообменнике организована теплопередача между встречно направленными потоками, с минимальной разностью температур между ними. На выходе из первого, по ходу потока воды, канала теплообменника подогретый поток воды попадает в перегреватель, к которому подводится тепло от электрического нагревателя. Благодаря сужению давление в перегревателе выше атмосферного и приближается к давлению воды в водопроводе. В перегревателе температура воды поднимается немного выше 100°С, при этом вода стерилизуется. Затем горячая вода отдает тепло во втором канале вышеописанного теплообменника.

На чертеже представлен простейший вариант реализации устройства, включающий теплообменник 1, перегревательную камеру 2 с электрическим нагревателем 3, подводящий водопровод 5, кран 6, сужение канала в виде капилляра 7, управляющую аппаратуру в составе терморегулятора 8 и датчика потока 9 в виде дифференциального манометра, связанного с электрическим реле. Каналы теплообменника заполнены насадкой 4, обладающей высокой теплопроводностью.

Конструктивно устройство схоже с прототипом, но отличается выполняемой задачей и наличием рекуперационного теплообменника со встречными потоками теплоносителя, предназначенного не только для экономии энергии, но и для охлаждения обеззараженной воды. Дополнительные отличия - это сужение перед теплообменником или перед перегревателем для предотвращения гидроударов в водопроводе, дополнительный объем, расположенный после перегревателя для увеличения времени стерилизации, не менее одного сужения после перегревателя для предотвращения выбросов пара, гидроударов и для стабилизации скорости потока. Датчик потока воды может быть выполнен в виде дифференциального манометра, включенного между входом первого канала теплообменника и выходом второго канала и связанного с электрическим реле. Теплоизоляция вокруг теплообменника и перегревателя обеспечивает высокую энергетическую эффективность устройства.

Для обеспечения высокой экономичности устройства и низкой температуры воды на выходе желательно добиться разности температур между каналами теплообменника на более 5°С. Эффективность теплообмена может быть повышена увеличинием поверхности теплопередачи путем заполнения каналов теплообменника насадкой из гранул вещества с высокой теплопроводностью. Из металлов можно использовать медь или серебро. Использование серебра приводит к значительному увеличению стоимости изделия, поэтому компромиссным вариантом может служить медь, покрытая серебром. Ионы серебра благотворно влияют на питьевую воду, предотвращая развитие в ней микроорганизмов различной природы. Насадка из покрытых серебром гранул меди решает две задачи - увеличение эффективности теплообменника и увеличение срока годности прошедшей обеззараживание воды. Подпрессовка насадки позволяет увеличить эффективную поверхность теплопередачи между гранулами и улучшает работу теплообменника.

1. Бытовое устройство для обеззараживания воды, включающее канал для потока воды, подключение к водопроводу, электронагреватель, установленный на или в канале, автомат включения-отключения нагревателя, предохранитель от перегрева, отличающееся тем, что включает рекуперативный противоточный теплообменник, каналы которого соединены между собой через перегреватель, содержащий электрический нагреватель, причем канал, расположенный по потоку воды после перегревателя, снабжен сужающим устройством.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каналы теплообменника заполнены медными гранулами.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что гранулы имеют форму, близкую к сферической, и подпрессованы в каналах теплообменника.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что медные гранулы покрыты серебром.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в установках для нагрева воды уходящими дымовыми газами котельных или тепловых агрегатов. Контактный теплоутилизатор с каплеуловителем содержит контактную насадку с оросителем, по высоте которой монтирован каплеуловитель, включающий патрубок в виде стакана для отвода теплообменной среды.

Электрический нагреватель // 2559794

Электрический нагреватель, служащий для нагревания, поддержания температуры и циркуляции текучей среды, включающий: первую, основную часть 100 корпуса и вторую, защитную часть 200 корпуса, которые могут быть соединены друг с другом, образуя внутреннюю камеру 300; первое, входное отверстие 210 текучей среды; второе, выходное отверстие 220 текучей среды; электрический резистор; первый датчик температуры, служащий для изменения рабочей температуры; второй датчик температуры, предназначенный для предотвращения превышения порога безопасности температуры; электронный блок управления.

Контактный теплообменник // 2548217

Изобретение относится к теплообменным аппаратам. Технический результат - повышение производительности процесса контактного теплообмена в аппарате.

Смесительный теплообменник кочетова // 2538991

Изобретение относится к смесительным теплообменным аппаратам. В смесительном теплообменнике каждая из форсунок системы подвода оросительной холодной воды состоит из двух соосных цилиндрических втулок, при этом внутри втулки меньшего диаметра соосно ей расположен шнек, внешняя поверхность которого представляет собой винтовую канавку, внутри шнека выполнено отверстие с винтовой нарезкой, а во втулке большего диаметра соосно ей расположен штуцер, жестко закрепленный в ней через герметизирующую прокладку, при этом внутри штуцера соосно выполнено цилиндрическое отверстие, переходящее в осесимметрично расположенный диффузор, который соединен с цилиндрической камерой, образованной внутренней поверхностью втулки меньшего диаметра и торцевой поверхностью шнека, а к торцевой поверхности втулки меньшего диаметра прикреплены, по крайней мере, два наклонно расположенных стержня, на каждом из которых закреплены активные распылители, например, в виде лопастей, опирающихся в нижней части на упоры, закрепленные на стержнях, перпендикулярно их осям, причем стержни наклонены в сторону от оси форсунки, т.е.

Контактный теплообменник кочетова с активной насадкой // 2537108

Изобретение относится к контактным теплообменным аппаратам. В контактном теплообменнике каждая из форсунок системы подвода оросительной холодной воды состоит из двух соосных цилиндрических втулок, при этом внутри втулки меньшего диаметра, соосно ей, расположен шнек, внешняя поверхность которого представляет собой винтовую канавку, внутри шнека выполнено отверстие с винтовой нарезкой, а во втулке большего диаметра, соосно ей, расположен штуцер, жестко закрепленный в ней через герметизирующую прокладку, при этом внутри штуцера соосно выполнено цилиндрическое отверстие, переходящее в осесимметрично расположенный диффузор, который соединен с цилиндрической камерой, образованной внутренней поверхностью втулки меньшего диаметра, и торцевой поверхностью шнека, а к торцевой поверхности втулки меньшего диаметра прикреплены, по крайней мере, два наклонно расположенных стержня, на каждом из которых закреплены активные распылители, например, в виде лопастей, опирающихся в нижней части на упоры, закрепленные на стержнях, перпендикулярно их осям, причем стержни наклонены в сторону от оси форсунки, т.е.

Способ нагрева жидкости и нагреватель жидкости на его основе // 2533591

Группа изобретений относится к области теплоэнергетики, а именно к способам и установкам для нагрева жидкости, преимущественно воды, для технологического или коммунально-бытового теплоснабжения, и может найти применение в различных областях народного хозяйства.

Нагреватель морской воды // 2531105

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в водонагревателях для нагрева воды, содержащей соли, например для нагрева морской воды. Нагреватель воды включает в себя: внутренний корпус, открывающийся снизу и нагревающийся горелкой, внешний корпус, включающий выход для слива морской воды, которая поступает через трубу подачи снаружи, вдоль поверхности внутренней стены внутреннего корпуса, и, по меньшей мере, один наконечник для распыления морской воды, которая поступает через отводную трубу, соединенную с трубой подачи морской воды, которую необходимо отвести.

Контактно-поверхностный водонагреватель // 2522755

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам для нагрева воды для целей отопления и горячего водоснабжения. Контактно-поверхностный водонагреватель содержит цилиндрический корпус с контактной камерой, над которой установлен водораспределитель, подключенный к трубопроводу подвода сетевой воды с регулирующей арматурой, и размещенные внутри корпуса надтопочный диск, радиационную топочную камеру и установленную вокруг нее кольцевую водонагревательную емкость с центральной жаровой трубой, состоящую из двух сферических поверхностей, соединенных втулкой.

Контактный водонагреватель // 2522716

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам для нагрева воды на технологические нужды и отопление производственных объектов. Контактный водонагреватель содержит цилиндрический корпус, в верхней части которого расположена контактная камера, над ней установлен водораспределитель, подключенный к трубопроводу подвода холодной воды, топку и газовую горелку.

Газовый отопительный модуль // 2521698

Изобретение относится к технике нагрева воды, т.е. к установкам децентрализованного теплоснабжения и горячего водоснабжения жилых, производственных и общественных зданий.

Установка свч-обработки осадков сточных вод // 2582415

Изобретение относится к системам СВЧ-обработки материалов и может быть использовано для обеззараживания осадков промышленных, бытовых и сельскохозяйственных сточных вод.

Вихревой струйный аппарат для дегазации жидкостей // 2581630

Изобретение относится к устройствам для вакуумной или комбинированной термической и вакуумной дегазации жидкостей, в том числе воды, с использованием центробежного эффекта.

Флотационно-фильтрационная установка // 2581390

Изобретение относится к очистным сооружениям, используемым на моечных станциях автотранспорта. Флотационно-фильтрационная установка содержит заборный фильтр, всасывающий трубопровод, обратный клапан, насосный агрегат, эжектор, камеру флотации с фильтром и слоем фильтрующей загрузки.

Отстойник с ленточным скребковым устройством // 2581388

Изобретение относится к очистным сооружениям. Отстойник с ленточным скребковым устройством содержит корпус коробчатого типа с днищем, внутри корпуса размещено скребковое устройство.

Устройство для очистки воды // 2581381

Изобретение относится к очистным сооружениям и может быть использовано на моечных станциях автотранспорта. Устройство для очистки воды содержит цилиндрический корпус с крышкой и днищем, в котором расположен активатор процесса, выполненный в виде инертной насадки.

Способ омагничивания воды и устройство для его осуществления // 2581380

Изобретение относится к магнитной обработке воды и может быть использовано в пищевой промышленности, медицине, фармакологии и хозяйственно-бытовой деятельности. Воду омагничивают, пропуская ее между магнитопроводом и катушками подключенного трансформатора, выполненного с возможностью подачи на него импульсного выпрямленного напряжения.

Способ глубокого сорбционного умягчение воды // 2581089

Изобретение относится к способам очистки воды. Способ умягчения воды включает перемешивание воды с адсорбентом - 95% глауконитом, предварительно обработанным хлоридом натрия.

Обработка воды для увеличения периода полураспада озона // 2580755

Группа изобретений относится к получению озонированной воды. Система для увеличения среднего времени жизни озона, растворенного в жидкости, содержит входное отверстие для жидкости, расположенное для приема жидкости в систему; катионообменную смолу на основе кислоты, флюидно соединенную с входным отверстием для жидкости, причем смола приспособлена к обмену катионов в принятой жидкости с ионами Н+ на смоле; блок растворения озона, флюидно соединенный с входным отверстием для жидкости и катионообменной смолой на основе кислоты; и выходное отверстие для жидкости, флюидно соединенное с входным отверстием для жидкости, катионообменной смолой на основе кислоты и блоком растворения озона, причем блок растворения озона и катионообменная смола на основе кислоты совместно обеспечивают получение кислой ионизированной озонированной жидкости для распределения из системы через выходное отверстие для жидкости.

Способ низкозатратной очистки и утилизации отходов горного производства // 2579578

Изобретение может быть использовано в горнодобывающей промышленности для очистки и утилизации слабокислых металлоносных карьерных вод в условиях болотно-горного рельефа.

Способ очистки сточных вод от тиоцианатов // 2579450

Изобретение относится к очистке сточных и оборотных вод, содержащих тиоцианаты (SCN-), и может быть использовано на предприятиях цветной металлургии, химической и золотодобывающей промышленности.

Способ утилизации отработанных противообледенительных жидкостей // 2583259

Изобретение относится к способам переработки промышленных отходов, содержащих экологически опасные токсичные вещества, в частности гликоли. Предложен способ утилизации отработанных противообледенительных жидкостей, включающий перемешивание отработанных противообледенительных жидкостей с мелкодисперсным природным цеолитом, выдерживание суспензии в течение 20-24 часов и отделении водно-гликолевого раствора фильтрацией или декантацией. Изобретение позволяет снизить энергоемкость процесса утилизации.