Область техники

Изобретение относится к области электрохимической обработки воды и водных растворов солей с целью изменения их окислительных, восстановительных и структурных свойств. Изобретение может быть использовано для очистки, обеззараживания, ионизации, и активации воды, приданию воде антиоксидантных свойств, изменения окислительно- востановительного потенциала воды и рН воды, получения моющих, дезинфицирующих, стерилизующих и консервирующих растворов, а также катодного умягчения воды.

Предшествующий уровень техники

Известны различные виды устройств для электрохимической обра- ботки воды, содержащие наружный цилиндрический электрод, внутри ко- торого расположен внутренний электрод, где между электродами разме- щена полупроницаемая диафрагма, разделяющая электродное простран- ство на внутреннюю и внешнюю электродные камеры. [Заявка Японии jYol-104387, МПК С 02F 1/46, 1989, Патент России N° 2078737, МПК C02F1/46, 1997 г .].

Получению требуемого технического результата препятствуют ог- раниченные функциональные возможности устройств, не позволяющие получать растворы с заданным окислительно-восстановительным потен- циалом в широком диапазоне и различными значениями рН.

Известно устройство для электрохимической обработки воды или водных растворов содержащее наружный электрод в виде полого цилиндра, внутри которого коаксиально расположен внутренний электрод цилиндрической формы, между электродами коаксиально размещена полупроницаемая диафрагма, разделяющая электродное пространство на внутреннюю и внешнюю электродные камеры, торцы снабжены втулками, имеющими входные и выходные каналы. [Патент России 5.2145940, МПК C02F 1/461, 20.12.2001 г., заявка Великобритании GB253860, МПК C02F1/461 , опубликован 23.09.1992 г.].

Получению требуемого технического результата препятствуют ог- раниченные функциональные возможности устройства по организации гидродинамических потоков жидкости, не позволяющие получить высокие скорости потока обрабатываемой жидкости и требуемые значения минерализации, что существенно снижает долговечность изделия и качество получаемых растворов.

Известно устройство для электрохимической обработки воды или водных растворов содержащее наружный электрод в виде полого цилиндра, внутри которого коаксиально расположен внутренний электрод цилиндрической формы, между электродами коаксиально размещена полупроницаемая диафрагма, разделяющая электродное пространство на внутреннюю и внешнюю электродные камеры, и диэлектрические втулки, установленные на торцах внешнего электрода, на поверхность втулок выведены соответственно входной канал и выходной канал, сообщающиеся с внешней электродной камерой, внутренний электрод выполнен с отверстиями, соединяющими полость внутреннего электрода с внутренней электродной камерой [Патент России N° 2176989 МПК C02F 1/461, 2001 г.].

Наиболее близким по совокупности существенных признаков (про- тотипом) изобретения является устройство для электрохимической обработки воды или водных растворов по евразийскому патенту EA013774 ΜΠΚ C02F 1/461, C25B 11/03, опубликован 30.06.2009 г.]. Устройство для электрохимической обработки воды или водных растворов содержит наружный электрод в форме полого цилиндра, внутри которого коаксиально расположен внутренний электрод в форме полого цилиндра внутри внутреннего электрода размещена, по меньшей мере, одна непроницаемая или слабопроницаемая перегородка, между электродами коаксиально размещена полупроницаемая диафрагма, разделяющая электродное пространство на внутреннюю и внешнюю электродные камеры, и первые втулки, установленные на торцах внешнего электрода, на поверхность втулок выведены соответственно входной канал и выходной канал, сообщающиеся с внешней электродной камерой, внутренний электрод выполнен с отверстиями, соединяющими полость внутреннего электрода с внутренней электродной камерой.

Получению требуемого технического результата препятствуют сложность монтажа и ремонта.

Раскрытие изобретения

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи создания устройства для электрохимической обработки воды или водных растворов с высокой производительностью, удобного в эксплуатации.

Технический результат, получаемый при реализации заявляемого изобретения, выражается в увеличении производительности, расширении диапазона получаемых рН и окислительно-восстановительных потенциа- лов обработанной воды и водно-солевых растворов, повышения надежности работы устройства, увеличения срока эксплуатации, снижении трудозатрат при монтаже и ремонте устройства, снижение энергопотребления при работе устройства, и уменьшении габаритных размеров устройства.

Для достижения вышеуказанного технического результата устройство для электрохимической обработки воды или водных растворов содержащее наружный электрод в форме полого цилиндра, внутри которого коаксиально расположен внутренний электрод в форме полого цилиндра, внутри которого размещена, по меньшей мере, одна непроницаемая или слабопроницаемая перегородка, между электродами коаксиально размещена полупроницаемая диафрагма, разделяющая электродное пространство на внутреннюю и внешнюю электродные камеры, и установленные на торцах внешнего электрода первые втулки, на поверхность которых выведены соответственно входной канал и выходной канал, сообщающиеся с внешней электродной камерой, внутренний электрод выполнен с отверстиями, соединяющими полость внутреннего электрода с внутренней электродной камерой, снабжено второй парой втулок, установленных на торцах первых втулок, на поверхность которых выведены соответственно входной канал и выходной канал, сообщающиеся с полостью внутреннего электрода, в торцах внутреннего электрода установлены заглушки.

Снабжение устройства второй парой втулок, установленных на торцах первых втулок, на поверхность которых выведены соответственно входной канал и выходной канал, сообщающиеся с полостью внутреннего электрода, установка в торцах внутреннего электрода заглушек позволяет достичь указанных технических результатов за счет увеличения площади контакта электрода с жидкостью, а также за счет обеспечения лучшего качества примыкания деталей и вывода входных и выходных каналов на одну сторону устройства. В частном случае выполнения изобретения в устройстве для элек- трохимической обработки воды или водных растворов перегородка размещена во внутренней полости внутреннего электрода, с разделением объёма внутреннего электрода: входную и выходную, причем выходная часть внутреннего электрода меньше, чем входная часть.

В частном случае выполнения изобретения во входной части внутреннего электрода дополнительно выполнена группа отверстий, причем оси отверстий, входящих в указанную группу, расположены по винтовой линии по боковой поверхности электрода или на прямой, образующей внешнюю цилиндрическую поверхность электрода.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется фигурой, где схематично представлено устройство для электрохимической обработки воды или водных растворов.

Промышленная применимость

Устройство для электрохимической обработки воды или водных растворов содержит наружный электрод 1 виде полого цилиндра, внутри которого расположен внутренний электрод 2, между электродами размещена полупроницаемая диафрагма 3, разделяющая электродное пространство на внешнюю 4 и внутреннюю 5 электродные камеры (фиг.1). Первая пара диэлектрических втулок 6 и 7 установлена на торцах внешнего электрода 1. На поверхность втулок выведены соответственно входной канал 8 и выходной канал 9, сообщающиеся с внешней электродной камерой 4. Внутренний электрод 2 выполнен с отверстиями 10-12, соединяющими полость внутреннего электрода с внутренней электродной камерой 5. Внутри внутреннего электрода размещена, по 2016/000404

6

меньшей мере, одна перегородка (заглушка) 13. Перегородка разделяет полость внутреннего электрода 2 на две части входную 14 и выходную 15. В некоторых случаях выполнения выходная часть внутреннего электрода 15 меньше, чем входная часть 14. Входная часть 14 и выходная часть 15 внутреннего электрода в некоторых вариантах выполнения могут быть равны.

В некоторых примерах выполнения в выходной части внутреннего электрода 15 выполнено одно выходное отверстие 12, а во входной части 14 внутреннего электрода выполнено входное отверстие 10. Во входной части внутреннего электрода 14 может быть выполнена группа отверстий 1 1, причем расстояние между отверстиями 1 1 в группе отверстий меньше, чем между входным отверстием 10 первым отверстием 11 в указанной группе отверстий. В некоторых вариантах выполнения оси отверстий 1 1 расположены по винтовой линии по боковой поверхности электрода или на прямой, образующей внешнюю цилиндрическую поверхность электрода.

Устройство снабжено резиновыми или силиконовыми уплотнениями 16 и 17, установленными на торцах диэлектрических втулок 6 и 7 соответственно выполняющими также функцию креплениями диафрагмы.

На торцах первых втулок 6 и 7 установлена вторая пара втулок 18 и 19. На поверхность втулок 18 и 19 выведены соответственно входной канал 20 и выходной канал 21, сообщающиеся с полостью внутреннего электрода 2. Входные каналы устройства 8,9,20,21 могут быть выходными, а выходные входными, в зависимости от целей использования устройства. В торцах внутреннего электрода 2 установлены металлические заглушки 22 и 23, которые навинчиваются на внутренний электрод 2 и служат для стягивания воедино всей конструкцию устройства и присоединения внутреннего электрода 2 к блоку питания при помощи специального пружинного контакта который надевается на внешнюю поверхность наружного электрода.

Между заглушкой 23 и втулкой 18 размещено герметизирующее уплотнение 24 из резины или силикона. Наружный электрод 1 соединяется с блоком питания при помощи скобы из упругого металла с контактом, которая надевается на внешнюю поверхность наружного электрода.

Электроды 1 , 2 и диафрагма 3, закреплены неподвижно, герметично и строго коаксиально при помощи втулок и эластичных уплотнительных колец.

В зависимости от функционального использования внутренний электрод может являться катодом, а наружный электрод - анодом и наоборот, внутренняя электродная камера может быть рабочей, а внешняя электродная камера вспомогательной и наоборот.

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от того, раствор с какими свойствами и параметрами необходимо получать, применяются различные варианты гидравлических схем.

Пример обработки жидкости. Обрабатываемая жидкость или соляной раствор под напором по входному каналу 20 поступает во входную часть 14 внутренней полости внутреннего электрода 2. Проходя через внутреннюю полость внутреннего электрода часть жидкости через отверстия 10-11 сразу попадает во внутреннюю электродную камеру 4. Другая часть жидкости упирается в перегородку 13, в результате во внутренней полости внутреннего электрода 2 создаётся избыточное давление и жидкость с ещё большим давлением устремляется через отверстия 1 1 во внутреннюю электродную камеру 4. Заполняя внутреннюю электродную камеру 4, жидкость или раствор через выходное отверстие 12 попадает в выходную часть 15 внутренней полости внутреннего электрода. Далее через выходной канал 21 обработанный раствор направляется на входной канал 8 втулки 6 во внешнюю электродную камеру 4. Пройдя по внешней электродной камере 4 жидкость через выходной канал 9 выходит из внешней электродной камеры 4 и подаётся во входной канал 20, под напором по входному каналу 20 поступает во входную часть 14 внутренней полости внутреннего электрода 2. Проходя через внутреннюю полость внутреннего электрода 2 часть жидкости через отверстия 10-1 1 сразу попадает во внутреннюю электродную камеру 5. Другая часть жидкости упирается в перегородку 13, в результате во внутренней полости внутреннего электрода 2 создаётся избыточное давление и жидкость с ещё большим давлением устремляется через отверстия 11 во внутреннюю электродную камеру 4. Заполняя внутреннюю электродную камеру 4, жидкость или раствор через выходное отверстие 12 попадает в выходную часть 15 внутренней полости внутреннего электрода 2, на электроды подается напряжение и сила тока таким образом, что электрод 2 является анодом, а электрод 1 катодом. Под давлением раствор через полупроницаемую диафрагму 3 поступает во внешнюю электродную камеру 4, а далее через выходной канал 21 обработанный раствор отбирается для потребителей. Варианты полярности электродов могут быть различными: внешний электрод- катод, а внутренний - анод, и наоборот, внешний электрод анод , а внутренний катод.

Другой вариант обработки жидкости. На электроды подается напряжение таким образом, что электрод 2 является анодом, а электрод 1 катодом. Под давлением раствор через полупроницаемую диафрагму 3 поступает во внешнюю электродную камеру 4 и отбирается для потребителей через канал 9.

В зависимости от того, какого свойства раствор необходимо получать, в устройство подается вода и/или различные солевые растворы.

Канал 20 предназначен для подачи обрабатываемой воды или солевого раствора. Канал 21 предназначен для отвода обработанной жидкости. Канал 9 предназначен для отвода обработанной воды, католита или солевого раствора.

Для получения католита в канал 20 подаётся раствор хлорида натрия или других растворов солей и/или вода, через отверстия 10-11 раствор поступает во внутреннюю электродную камеру 4. На электроды подается напряжение таким образом, что электрод 2 является анодом, а электрод 1 катодом. Под давлением растворённые ионы через полупроницаемую диафрагму 3 поступают во внешнюю электродную камеру 4. В процессе работы устройства образуются два противоположно заряженных потока ионов на внешней и внутренней поверхностях диафрагмы 3, между потоками возникает разность потенциалов, заряженные потоки увеличивают напряженность электрического поля в диафрагме на 35-50 В/см ² , в результате повышается подвижность ионов в порах диафрагмы и снижается электрическое сопротивление устройства. В результате образуется электроактивированный раствор жидкости (акваэха ^® ), который выводится по каналу 9, и раствор католит, который выводится по каналу 21. Варианты полярности электродов могут быть различными: внешний электрод- катод, а внутренний - анод, и наоборот, внешний электрод анод , а внутренний катод, соответственно католит может выходить из канала 9 и электроактивированный раствор жидкости (акваэха ^® ) из может выходить из канала 21. Для получения дезинфицирующих растворов возможен вариант, когда по каналу 20 подается вода, которая поступает во внутреннюю электродную камеру. По каналу 8 подается 10%— 30% раствор хлорида натрия хлорида кальция, или других солей растворённых в воде, который циркулирует в полости внешней электродной камеры 5 с использованием канала 9 для слива данного раствора в емкость с солевым раствором, которая затем используется в качестве источника раствора для подачи его обратно в устройство по каналу 8. Вода, проходя через внутреннюю электродную камеру 4, выводится по каналу 21 в виде электрохимически обработанного раствора (акваэха ^® ).

Варианты полярности электродов могут быть различными: внешний электрод- катод, а внутренний - анод, и наоборот, внешний электрод анод , а внутренний катод. Благодаря возможности смены полярности электродов и увеличении скорости потоков жидкости не возникает проблем с катодными отложениями и отложениями солей на мембране, что является значительным преимуществом для повышения надежности и долговечности устройства. Катодные отложения, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации, удаляют с помощью изменения полярности электродов, что обеспечивает простоту обслуживания устройства в процессе эксплуатации.

Для получения консервирующих растворов возможен вариант параллельных потоков, когда по каналу 20 подается слабоконцентрированный солевой раствор хлорида натрия хлорида кальция, или других солей растворённых в воде, который поступает во внутреннюю электродную камеру и по каналу 21 в виде электрохимически обработанного раствора (акваэха®) и используется по назначению. По каналу 8 подается слабоконцентрированный солевой раствор хлорида натрия хлорида кальция, или других солей растворённых в воде, который циркулирует в полости внешней электродной камеры 5 и по каналу 9 сливается в виде электрохимически обработанного раствора католит в емкость и используется по назначению.

Выполнение внутреннего электрода 2 в виде полого цилиндра с боковыми отверстиями просверленными по всей его длине, и использование внутренней электродной камеры 4 в качестве канала для подачи жидкости позволяет задействовать внутреннюю и внешнюю поверхности электрода полностью в электрохимическом процессе, что резко увеличивает производительность установки, при этом достигается экономия материала электродов. Это позволяет расширить диапазон характеристик обработанной воды и/или растворов.

Диафрагма, размещенная между анодом и катодом, вносит основной вклад в электрическое сопротивление устройства и активацию получаемых растворов. Эффективное использование поверхности диафрагмы позволяет снизить электрическое сопротивление, и, следовательно, сделать установку менее энергоемкой, улучшить качество получаемых водных или водно-солевых растворов. Меняя диафрагмы с различной проницаемостью можно получать растворы с различными значениями рН и окислительно-восстановительног� � потенциала.

Наличие непроницаемой или слабопроницаемой перегородки 13 во внутренней полости внутреннего электрода изменяет гидродинамику потока обрабатываемой жидкости, образуя завихрения для турбулентного перемешивания в объеме, что обеспечивает высокую степень перемешивания воды в камерах, что позволяет обеспечить обработку всех микрообъёмов воды в диффузной части двойного электрического слоя на границе раздела фаз «электрод-электролит». Вся обрабатываемая жидкость попадает во внутреннюю электродную камеру, что увеличивает производительность обработки. Конструкция устройства позволяет снизить число спрягаемых и уплотняемых деталей и, следовательно, повышается надежность устройства. Варианты осуществления изобретения

Диаметр внутренней поверхности внешнего электрода составляет 16 мм. Диаметр рабочей части внутреннего электрода составляет 8 мм и 5 мм соответственно, так как во внутреннем электроде задействованы внутренняя и внешняя поверхность электрода. Межэлектродное расстояние 4 мм. Данные диаметры обеспечивают оптимальные условия контакта каждого объема протекающего раствора или воды с поверхностью диафрагмы. Диафрагма выполнена из керамики. Возможно изготовление диафрагмы и из других устойчивых к воздействию агрессивных сред материалов. Диафрагма может иметь различную толщину и проницаемость, в зависимости от свойства растворов, которые необходимо получить. Катод устройства изготавливается из нержавеющей стали, титана, стеклоуглерода, электропроводящих и кислотостойких материалов, платины, ниобия. Катод покрывается платиной, иридием, окислами рутения, кобальта и других материалов. Анод изготавливается из титана, ниобия, платины, тантала, и покрывается платиной, иридием, окислами рутений или других металлов.

Непроницаемая перегородка 13 может быть выполнена из металла, пластика, инертных композитных материалов. Слабопроницаемая перегородка 13 может быть выполнена из металла, из керамики или из пластика, в которых выполнены отверстия.