Нейрус— экологичная противонакипная система

Разработка блока НейРУС связана с проблемами, которые имеются в районах, где высокая жесткость воды. При нормативной жесткости в 7 мг/л. экв. на каждые 10м3 мы получаем примерно 1.5 кг солей жесткости в воде в виде гидрокарбонатов кальция и магния, за год трубы могут транспортировать около 40-50кг. Часть этих солей в виде карбонатов осаждается на трубах, теплообменниках, выходах смесителей и т.д. Это представляет огромную проблему. Иногда, накипь в водонагревателях служит причиной не только порчи бытовой техники, но и причиной пожара.

Отложения накипи обычно проявляются на нагревательных элементах бойлеров и бытовой техники, на изгибах труб, тройниках, на ситечках смесителей. В состав накипи, кроме основы в виде карбонатов кальция и магния, также входят железо, сульфаты и силикаты. При этом цвет накипи может быть различным, обычно желтый или желто-коричневый. Этот осадок ухудшает теплообмен нагревателей, снижает пропускную способность труб, усиливает коррозию и служит местом развития бактерий.

Но если учесть, что соли жесткости в пределах санитарных нормативов не вредны для человека, и даже полезны, а проблема накипи проявляется именно в виде отложений, то встает вопрос - как предотвратить эти отложения? Если посмотреть на трубы, становится ясно, что накипь образуется там, где есть возмущение в потоке воды. Либо объектом выпадения накипи становится нагревающий элемент.

Накипь в воде образуется из ряда ионов гидрокарбонатов, в основном кальция, окруженных гидратными оболочками. В каждой гидратной оболочке ионов задействовано примерно по 200 молекул воды, и такой кластер имеет размер около 1-2 нМ и относительно «приличный» вес. Любое возмущение в потоке воды, обеспечивает кристаллизацию ионов карбоната кальция в виде кристаллов-репейник. Это и происходит в изгибах труб, а также при локальном нагревании. Известковый налет формируется далее, как нагромождение кристаллов, вида «репейник».

Карбонат магния не представляет такой опасности, как карбонат кальция. Воды, содержащие магний, как правило, имеют в своем составе и кальций. Карбонат кальция, как менее растворимый, первый начнет выпадать в виде накипи. Известь -- основа накипи. Она может образовывать кристаллы двух видов, которые идентичны по химической формуле. Это кристаллическая решетка арагонита и кальцита. Отличие кристаллической решетки арагонита от кальцита в том, что ионы в нем уложены по способу очень плотной упаковки. И в какой тип кристалла начнут выстраиваться ионы, зависит от степени физического воздействия на воду. И если увеличить силу динамического воздействия, то можно получить зародыши кристаллов арагонита в виде мелких палочек с нейтральным зарядом.

Известен вариант непосредственного воздействия на воду ультразвуковыми импульсами через ультразвуковую головку, которое приводит к массовому образованию из гидрокарбонатов кальция (Са(НCO3)2)и магния (Mg(НCO3)2) арагонита (CaCO3) и магнезита MgCO3, в виде зародышей линейных кристаллов. Химически это однотипный процесс, с процессом образования накипи, например для гидрокарбоната кальция - Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 + H2O. Как мы видим, при этом образуется углекислый газ, а его наличие в воде образует угольную кислоту, которая в свою очередь начинает растворять отложения на стенках труб с образованием гидрокарбонатов. Общеизвестно, что отложения карбонатов удаляются кислотами, в том числе и угольной кислотой. Каждая хозяйка применяет этот процесс для чистки чайников. Получаемые растворенные ионы далее подвергаются действию ультразвука, и становятся материалом для роста линейных кристаллов арагонита. Процесс сам себя поддерживает, накипь медленно растворяется. И мы видим, что при этом проблема накипи снимается. Мелкая взвешенная пыль из кристаллов арагонита и магнезита не осаждается на стенки труб, не осаждается на нагревателях, не опасна для потребления человеком. При этом даже не надо посещать аптеки в поисках таблеток кальция и магния, которые используются организмом человека для укрепления скелета и нервной системы.

Но использование прямого ультразвукового воздействия на воду довольно сложно организовать. Это также энергетически затратно. Применение магнитной активации воды требует постоянного движения потока воды, что также требует энергетических затрат на питание циркуляционных насосов. Применение магнитопроводов с высокочастотными импульсами магнитного поля работает только на стальных трубах. Применение индуктивности для создания магнитных потоков еще более энергозатратно. Но как показали эксперименты, создать ультразвуковые ударные волны в воде можно воздействием импульсов электрического поля специальной формы, обеспечивающих максимально сильное воздействие электрического поля как на гидратные кластеры с ионами загрязнений воды, так и на освободившиеся ионы. Эффект ударной волны можно получить выше прямого воздействия ультразвука, а энергетические затраты мизерные. Исходя из этой практики и был разработан электронный блок «НейРУС»

Блок генерации «НейРУС» представляет собой электронный модуль для генерации импульсов специальной формы широкого спектра диапазона звуковых и ультразвуковых частот 1-32 КГц по встроенной программе, позволяющей автоматически учитывать материал трубы, генерировать резонансные частоты для разрушения гидратных кластеров ионов и обеспечить максимальное воздействие ударных волн для образования арагонитных зародышей кристаллов. Этот диапазон генерации 1-32КГц, имеет более сотни резонансных частот в воде. НейРус постоянно сканирует эти частоты, и уже адресно генерирует по этим частотам. Продольные акустические волны этого диапазона позволяют обеспечить воздействие на воду на расстоянии более 100м от навивных электродов в своеобразном круглом акустическом волноводе, в качестве которого выступают трубы. Образовавшиеся кристаллы сохраняются в холодной воде не менее суток, а в горячей воде не менее двух суток. Далее, при наличии растворенного углекислого газа, кристаллы начинают растворяться с образованием гидрокарбонатов, эффект теряется.

Система генерации «НейРУС» имеет непосредственно модуль генерации импульсов специальной формы широкого спектра звуковых и ультразвуковых частот, генерируемых по определенной программе, позволяющей учесть различный материал труб и резонансные частоты молекул воды и загрязнений. Система автоматически подстраивается под диаметр и материал трубы, измеряя импульсные токи фронтов импульсов. Для передачи импульсов в тело трубы, на трубу монтируются навивные шины в виде электродных спиральных излучателей. Изделие предназначено для максимального воздействия на воду в трубе между электродами в виде навивных спиральных излучателей импульсным электрическим полем. Это воздействие распространяется продольно трубе в обе стороны, но максимальное воздействие идет в сторону потока воды. При остановке тока воды воздействие будет одинаковым в обе стороны.

Генерация импульсов электрического поля по определенной программе, приводит к созданию акустических ударных волн звукового и ультразвукового диапазона. Эти акустические колебания в виде ударных волн распространяются продольно внутри трубы в обе стороны, по своеобразному волноводу. По ходу движения ударной волны создаются области сверхвысокого и сверхнизкого давления. Если частота колебаний совпадает с резонансной для диполей воды, то гидратные оболочки на ионах солей жесткости быстро разрушаются. Именно для этого импульсы электрического поля генерируются по определенной программе в широком спектре звуковых и ультразвуковых частот, подстраиваясь под резонансные частоты.

При таком сильном физическом воздействии происходит процесс объемной кристаллизации в толще воды кристаллов арагонитов, а не кристаллов кальцита в виде «репейника», как при образовании накипи. Появляются зародыши линейных арагонитных кристаллов, и далее они растут, увеличиваясь в длине. Эти линейные зародыши кристаллов, в течение десятков часов после воздействия, продолжают свой рост в потоке воды в трубе, до размера более микрона по длине, и для своего роста используют отложения накипи на трубах, нагревательных элементах, смесителях, душевых насадках и прочих элементах. Эти отложения начинают растворяться при увеличении содержания углекислого газа, который выделяется при объемной кристаллизации гидрокарбонатов в потоке воды, и далее этот процесс поддерживается генерацией импульсов блока «НейРУС». То есть процесс сам себя поддерживает. Этим обеспечивается уменьшение слоев накипи до полного исчезновения на полимерных трубах, и до тонкого слоя в доли миллиметра на металлических трубах, обеспечивающего защиту трубы от коррозии. Этот процесс генерации импульсов широкого спектра диапазона звуковых и ультразвуковых частот, позволяет снизить уровень известковых отложений в водопроводных трубах и бытовых приборах чисто физическим способом, без изменения химического состава воды. В системах с рециркуляцией воды возможно фильтровать эту воду на микофильтрационных фильтрах, при этом снижая показатели по жесткости.

Блок НейРУС предназначен для защиты от накипи внутренних поверхностей водопроводов, систем центрального отопления, водонагревательного и отопительного оборудования (котлы, бойлеры, радиаторы, теплообменники и т. д.), стиральных и посудомоечных машин, выходов смесителей, душевых леек и т. п. Учитывая многократный обмен обработанной воды в бытовом чайнике, блок НЕЙРУС снизит образование накипи, а образуемая накипь будет тонкослойной и рыхлой. Если вода будет находиться в чайнике более суток, то возможно образование более жесткого налета.

Для снижения жесткости предполагается использование эффекта перекристаллизации кристаллов карбонатов в линейные кристаллы, их рост и фильтрацию при достижении микронных размеров.

Процесс образования отложений накипи связан с образованием из растворенных гидрокарбонатов солей магния и кальция Са(НСО₃)₂ и Mg(НСО₃)₂, кристаллов нерастворимых карбонатов CaCO3 + CO2 + H2O(это обратимая реакция). Процесс кристаллизации происходит только на так называемых ЦЕНТРАХ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ. Т.е. кристаллы образуются там, где образуется градиент энергии (изменение давления или температуры), разрушающий гидратные оболочки ионов солей жесткости. На этих центрах кристаллизации восстанавливаются молекулы, из молекул формируются кристаллы в виде репейника. Образуются пятна кальцита, и далее образуется корка накипи. При повышении концентрации углекислого газа, т.е. угольной кислоты, происходит обратный процесс растворения кристаллов солей жесткости, обеспечивая определенный баланс.

Известно, что известь может кристаллизироваться в форме двух различных структур, которые химически полностью идентичны. Так, может образовываться кристаллическая решётка типа арагонита, и решётка типа кальцита. Накипь –это кальцит. Кристаллическая решётка типа кальцита также характерна для карбоната магния и карбоната железа (MgCO3 и FeCO3), и именно поэтому эти вещества также встроены в образования накипи. А вот арагонит представляет из себя линейные игольчатые кристаллы, которые нейтральны, и им не нужны «центры кристаллизации». Из-за этого они не обладают эффектом кальцинирования, хотя химически это те же карбонаты. Т.е. кристаллы арагонита могут формироваться не на стенках труб и нагревательных элементов, а непосредственно в толще воды. Но как запустить этот процесс?

Давно замечено, что поведение воды зависит от электрических и магнитных полей. Треугольная форма молекулы воды обеспечивает дипольные свойства в электрическом и магнитном полях. Молекулы выстраиваются либо вдоль силовых линий электрического поля, либо перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. В быту широко применяется эффект нагрева воды при воздействии на диполи воды СВЧ излучения большой мощности.

Но если применять только электрическое поле, то в этом в электрическом поле атом кислорода в молекуле воды будет направлен в сторону положительно заряженного электрода, а атомы водорода направлены в отрицательно заряженную сторону. И учитывая это, при определенной напряженности электрического поля, мы можем разрушить гидратные оболочки, которыми при диссоциации были окружены ионы солей жесткости. Интенсифицировать этот процесс можно заменив постоянное электрическое поле, на импульсное. Тут еще надо учитывать, что освободившиеся от гидратных оболочек ионы также будут совершать колебательные движения.

Что это дает? Вот тут как раз и кроется вся суть процесса объемной кристаллизации. Свободные ионы совершают линейные колебания, формируют физические упругие колебания, которые распространяются в толще воды. Выйдя из зоны воздействия импульсного электрического поля, из «оголенных» ионов происходит массовое формирование игольчатых нанокристаллов, объединяющихся по толщине и длине. Происходит так называемый процесс объемной кристаллизации. При образовании кристаллов выделяется углекислый газ, который растворяет отложения кальцитов, давая материал для дальнейшего линейного роста кристаллов, поддерживая процесс объемной кристаллизации на расстоянии в сотни метров от источника воздействия. Наша задача вырастить кристаллы до микронных значений и отфильтровать их. Так можно снизить концентрацию солей жесткости.

Самый лучший аппарат для передачи воздействия импульсных электрических полей на воду, это электролитический конденсатор их трубы, электролитом в котором выступает очищаемая вода. Увеличивая электрическую емкость такой системы, мы обеспечим формирование импульсов тока на фронтах импульсов электрического поля, и эти импульсы преобразуют часть энергии электрического поля в физические колебания воды, хорошо распространяющихся на большие расстояния.

Для реализации этого процесса на очищаемой воде разработаны три блока под торговой маркой НЕЙРУС. Самые мощные разработанные блоки Нейрус-МАКС, могут формировать эффект объемной кристаллизации на больших объемах очищаемой воды, один блок может обработать до 500м3 в сутки. Для фильтрации очищаемой воды необходимо обеспечить многократную рециркуляцию объема воды РЧВ в ночное время через модули АЭРОМАГ-500, оснащенные блоками НЕЙРУС-МАКС. Применяемые медные шинные электроды позволят осуществить максимальное по площади соприкосновения воздействие на обрабатываемую воду, формируя необходимую электрическую емкость.