RU72690U1 - Устройство для электрохимической обработки воды или водных растворов - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электрохимической обработки воды и/или водных растворов солей с целью изменения их окислительных, восстановительных и структурных свойств. Полезная модель может быть использована для очистки, обеззараживания, структурирования и кондиционирования воды, катодного умягчения воды, а также для получения дезинфицирующих, моющих, стерилизующих, консервирующих, отбеливающих, профилактических растворов и растворов, устраняющих запахи.

Устройство содержит внутренний электрод 1 с торцевыми глухими осевыми отверстиями 2 с внутренней резьбой и коаксиальный ему наружный электрод 3. Между электродами установлена полупроницаемая диафрагма 4, разделяющая кольцевую полость на внутреннюю камеру 5 и наружную камеру 6. Наружная камера 6 имеет входной и выходной патрубки 7′ и 7″, которые сообщаются с камерой 6 через отверстия в этом электроде. Внутренняя камера 5 имеет осевые входной и выходной патрубки 8′ и 8″ с внутренними осевыми несквозными отверстиями 9′ и 9″. На закрытом торце патрубка 8′ (8″), обращенном внутрь устройства, имеется цилиндрический выступ 10 с наружной резьбой для взаимодействия с резьбовым отверстием 2 на торце внутреннего электрода 1.

Устройство имеет торцевые крышки идентичные друг другу с обоих торцов. Каждая торцевая крышка состоит из двух частей 11, 12. Обращенная наружу часть 12 сборной крышки поджимается выступом (расширяющейся частью, фланцем) на патрубке 8′ (8″), который работает как головка болта, и шайбой 13. Между шайбой 13 и наружной поверхностью крышки зажат токоподводящий электрод 14. Второй токоподводящий электрод 15 закреплен на наружном электроде 3.

Обращенная внутрь часть крышки 11 представляет собой диэлектрическую втулку и имеет каналы 16, посредством которых осевые отверстия в патрубках 8′ (8″) через отверстия 17 в боковых стенках патрубков сообщаются с внутренней полостью 5. Каналы 16 расположены в радиальных плоскостях и, предпочтительно, ориентированы под углом к оси устройства.

Description

Полезная модель относится к области электрохимической обработки воды и/или водных растворов солей с целью изменения их окислительных, восстановительных и структурных свойств. Полезная модель может быть использована для очистки, обеззараживания, структурирования и кондиционирования воды, катодного умягчения воды, а также для получения дезинфицирующих, моющих, стерилизующих, консервирующих, отбеливающих, профилактических растворов и растворов, устраняющих запахи.

Известно устройство для электрохимической обработки воды [Патент РФ 2297981, опубл. 21.10.2005, Фиг.3], которое имеет в своем составе наружный электрод в виде полого цилиндра и коаксиальный ему внутренний стержневой составной электрод. Кольцевая полость между электродами разделена коаксиальной перегородкой на внешнюю и внутреннюю камеры, снабженные входными и выходными патрубками. Конструкция имеет нижнее основание и верхнюю торцевую крышку. Соединение основания с электродами осуществлено при помощи болтов. Верхняя торцевая крышка присоединена к внутреннему электроду при помощи полого болта, одновременно являющегося выходным патрубком для внутренней камеры, с которой он соединен каналами, радиально проходящими через внутренний электрод. Основным недостатком конструкции является отсутствие унификации торцевых элементов, что усложняет ее изготовление.

Этого недостатка лишено устройство - проточный электрохимический модульный элемент для обработки жидкости [патент РФ 2145940, опубл. 27.02.2000], который имеет в своем составе, как и в описанном выше аналоге, внутренний стержневой электрод, наружный электрод, перегородку, разделяющую полость на внутреннюю и наружную камеру, каждая из которых имеет входной и выходной патрубки, которые закреплены на торцевых диэлектрических втулках, одинаковой конструкции для обоих торцов. Сборка конструкции осуществлена при помощи болтов, ввернутых в торцы внутреннего электрода. Несмотря на относительную унификацию, основным недостатком остается относительная

сложность конструкции, поскольку узлы для ввода/вывода жидкости во внутреннюю камеру и в наружную камеру отличаются друг от друга, и в конструкции предусмотрено наличие дополнительных торцевых элементов крепления. Также недостатком является то, что подвод и отвод обрабатываемой жидкости осуществляется боковыми радиальными патрубками, что вызывает необходимость дополнительной подводки с использованием изогнутых труб (коленных отводов) для установки в линейную магистраль.

В качестве прототипа выбрано устройство для электролитической обработки воды [Патент РФ 2132821, опубл. 10.07.1999]. Вертикальный проточный электролизер имеет в своем составе внутренний полый электрод, наружный электрод и перегородку, разделяющую кольцевую полость на внутреннюю и наружную камеру. На обоих торцах устройства имеется диэлектрическая втулка, которая закрывается диэлектрической колодкой, выполненной аналогично накидной гайке. Подвод и отвод обрабатываемой жидкости к внутренней камере осуществляется торцевыми радиальными патрубками - штуцерами, которые навинчиваются на торцы внутреннего электрода. Одновременно эти штуцеры являются крепежными элементами. Конструкция прототипа позволяет монтировать проточный электролизер в магистрали обрабатываемой жидкости без использования коленных отводов. Основным недостатком конструкции является недолговечность внутреннего электрода. Это вызвано тем, что в стенке внутреннего электрода имеются сквозные отверстия, через которые полость электрода сообщается с внутренней электролизной камерой. В электролизерах обычно используются электроды двух типов: металлические с покрытием из металлов платиново-иридиевой группы, или графитовые. При выполнении электрода из металла, наличие отверстий нарушает целостность защитного покрытия на внутреннем электроде, что приводит к электрохимической коррозии корпуса электрода при его контакте с агрессивной средой. При выполнении внутреннего электрода из графита наличие отверстий в трубчатой конструкции повышает хрупкость электрода. И в том и в другом случае срок службы внутреннего электрода существенно снижается по сравнению с целостными электродами (без отверстий в боковых стенках).

Таким образом, существует техническое противоречие: одни устройства надежны, но имеют избыточное количество конструктивных элементов - отдельно для подвода/отвода жидкости и, отдельно, крепежные элементы, например, торцевые болты; другие устройства, например, прототип, сравнительно проще, поскольку имеют элементы, совмещающие функции крепежа и подвода/отвода жидкости, но такие устройства имеют ограниченный срок службы и требуют частой замены внутренних электродов.

В основу полезной модели поставлена задача - решить указанное противоречие и создать новое устройство для электрохимической обработки воды или водных растворов.

Достигаемый технический результат - повышение надежности (длительная эксплуатация устройства без замены внутреннего электрода) при сохранении возможности соосного подключения к магистрали обрабатываемой жидкости без использования коленных отводов (подключение напрямую).

Поставленная задача решается тем, что устройство для электрохимической обработки воды или водных растворов имеет в своем составе торцевые крышки, наружный трубчатый электрод, внутри которого коаксиально расположен внутренний электрод. Кольцевая полость между электродами разделена коаксиальной полупроницаемой диафрагмой на внутреннюю камеру и внешнюю камеру. Каждая камера снабжена входным и выходным патрубками, при этом входной и выходной патрубки внутренней камеры выполнены осевыми. Эти патрубки соединены с внутренним электродом при помощи резьбового соединения и фиксируют положение торцевых крышек. От прототипа устройство отличается тем, что в боковых стенках осевых патрубков выполнены отверстия, сообщающиеся с внутренней камерой через каналы. Эти каналы выполнены в торцевых крышках и ориентированы в радиальных плоскостях. Предпочтительно выполнение внутреннего электрода стержневым с глухими резьбовыми отверстиями на торце для образования винтовой пары с осевым патрубком, который, в свою очередь, снабжен резьбовым участком на наружной поверхности.

Более технологичным является исполнение торцевых крышек сборными, состоящими из двух частей, и выполнение каналов в частях, обращенных внутрь.

Каналы, ориентированные в радиальных плоскостях, могут быть перпендикулярными по отношению к оси устройства, а могут быть ориентированы к ней под углом.

Подробнее сущность полезной модели поясняется описанным ниже примером реализации и поясняется Фигурой, на которой представлено продольное сечение устройства.

Устройство содержит внутренний электрод 1, например, в форме стержня цилиндрической формы с торцевыми глухими осевыми отверстиями 2 с внутренней резьбой. Коаксиально внутреннему электроду 1 установлен полый цилиндрический (трубчатый) наружный электрод 3. Между электродами коаксиально им установлена полупроницаемая диафрагма 4, разделяющая кольцевую полость на внутреннюю камеру 5 и наружную камеру 6. Наружная камера 6 имеет входной и выходной патрубки 7′ и 7″, соответственно, которые радиально закреплены на наружном электроде 3 и сообщаются с камерой 6 через отверстия в этом электроде. Внутренняя камера 5 имеет осевые входной и выходной патрубки (штуцеры) 8′ и 8″ с внутренними осевыми несквозными отверстиями 9′ и 9″, соответственно. На закрытом торце патрубка 8′, обращенном внутрь устройства, имеется цилиндрический выступ 10 с наружной резьбой для взаимодействия с резьбовым отверстием 2 на торце внутреннего электрода 1. Аналогичный выступ имеется на закрытом торце патрубка 8″.

Устройство имеет торцевые крышки идентичные друг другу с обоих торцов. Более технологичной является конструкция, в которой каждая торцевая крышка состоит из двух частей 11, 12. Обращенная наружу часть 12 сборной крышки поджимается выступом (расширяющейся частью, фланцем) на патрубке 8′ (8″), который работает как головка болта, и шайбой 13. Между шайбой 13 и наружной поверхностью крышки зажат токоподводящий электрод 14. Второй токоподводящий электрод 15 закреплен на наружном электроде 3.

Обращенная внутрь часть крышки 11 представляет собой диэлектрическую втулку и имеет каналы 16, посредством которых осевые отверстия в патрубках 8′ (8″) через отверстия 17 в боковых стенках патрубков сообщаются с внутренней полостью 5. Каналы 16 расположены в радиальных плоскостях и, предпочтительно, ориентированы под углом к оси устройства, а следовательно, к

оси внутренней полости и к оси отверстия 9′ (9″) патрубка, что уменьшает гидравлические потери. Для исключения прямого перетекания жидкостей между камерами 5 и 6 установлены уплотнительные кольца 18 на торцах диафрагмы 4. Герметичность устройства в целом достигается посредством уплотнительных колец 19, установленных между крышками и контактирующих с одной стороны с наружной поверхностью патрубков 8′ (8″) и с другой стороны с внутренней поверхностью наружного электрода 3.

Работа устройства иллюстрируется на следующих примерах, в которых токоподвод осуществлен таким образом, что внутренний электрод является анодом, а наружный - катодом.

В патрубок 8′ подается обрабатываемая жидкость, из патрубка 8″ - отводится обработанная жидкость (анолит). В зависимости от того, какого свойства раствор необходимо получать, в устройство подается вода и/или различные солевые растворы. Патрубок 7′ предназначен для подачи обрабатывающей жидкости, например, солевого раствора, патрубок 7″ - для отвода солевого раствора (католита). Патрубки 7′ и 7″ могут быть объединены в единый внешний замкнутый контур (с подпиткой активного вещества).

Пример 1.

Для получения анолита и католита в патрубок 8′ подают 1% раствор хлорида натрия. Через отверстия 17 и каналы 16 раствор поступает во внутреннюю электродную камеру 5. На электроды подается напряжение. Под давлением раствор через полупроницаемую диафрагму 4 поступает во внешнюю электродную камеру 6. В процессе работы устройства образуются два противоположно заряженных потока ионов на внешней и внутренней поверхностях диафрагмы 4, между потоками возникает разность потенциалов, что приводит к увеличению напряженности электрического поля в диафрагме, в результате повышается подвижность ионов в порах диафрагмы и снижается электрическое сопротивление устройства. В результате образуется электроактивированный раствор - анолит, который выводится через каналы в крышке и патрубок 8″. Через патрубок 7′ может также подаваться 1% раствор хлорида натрия.

Пример 2.

Для получения дезинфицирующего раствора через патрубок 8′ подают воду, которая поступает во внутреннюю электродную камеру 5, как это описано выше. Одновременно через патрубок 7′ подают 30% раствор хлорида натрия, который циркулирует во внешнем замкнутом контуре, проходя через внешнюю электродную камеру 6. Вода, поступающая во внутреннею (анодную) электродную камеру, под действием окислительно-восстановительных процессов, происходящих в обеих камерах, насыщается ионами хлорноватистой кислоты, короткоживущими кислородными радикалами, небольшим количеством озона и двуокисью хлора за счет миграции ионов от внешней (катодной) электродной камеры и выводится через патрубок 8″ в виде дезинфицирующего раствора.

Пример 3

Для получения дезинфицирующего раствора через патрубок 7′ подают 1-20% раствор хлорида натрия, который поступает во внешнюю катодную камеру, затем раствор выходит из патрубка 7″ и через патрубок 8′ поступает во внутреннюю электродную камеру. Раствор, поступающий во внутреннюю (анодную) электродную камеру под действием окислительно-восстановительных процессов, происходящих в обеих камерах, насыщается ионами хлорноватистой кислоты, короткоживущими кислородными радикалами, небольшим количеством озона и двуокисью хлора за счет миграции ионов от внешней (анодной) электродной камеры и выводится через патрубок 8″ в виде дезинфицирующего раствора.

Пример 4

Для обработки питьевой воды через патрубок 7′ подают воду из водопровода, которая поступает во внешнюю катодную камеру, затем вода выходит из патрубка 7″ и через патрубок 8′ поступает во внутреннюю электродную камеру. Вода, поступающая во внутреннюю (анодную) электродную камеру, под действием окислительно-восстановительных процессов, происходящих в обеих камерах, обеззараживается, изменяет окислительно-восстановительный потенциал и выводится через патрубок 8″ в виде чистой питьевой воды.

Приведенными примерами не исчерпывается область применения заявленного устройства, так как в зависимости от используемых растворов и полярности электродов можно получать анолит и католит с другими заданными свойствами. Устройство можно также использовать для обеззараживания воды, изменения окислительно-восстановительного потенциала воды, катодного умягчения воды и других целей.

Устройство, изготовленное согласно полезной модели, было испытано по известным методикам. В Таблице представлены показатели его работы.

Таблица
Наименование показателя	Значение
Объемная скорость протока, см3/с	12-22
Линейная скорость протока, см/с	25-64
Время обработки воды, с	0,3-1
Сила тока, А	0,5-55
Напряжение, В	30-120
Минерализация воды, г/л	0,05-2
Удельное количество электричества, Кл/л	22,5-135
Ресурс непрерывной работы, ч	50000
Значение водородного показателя рН	2-11
Значение окислительно-восстановительного потенциала, мВ	От (+990) до (-600)
Периодичность промывки устройства от катодных отложений	через каждые 300-360 часов работы

Как это видно из чертежа и приведенного выше описания, устройство имеет осевые патрубки для подвода/отвода обрабатываемой жидкости, что позволяет его подключать к магистрали напрямую без использования дополнительных переходников - коленных отводов. Эти же осевые патрубки одновременно являются крепежными элементами, поскольку как болты вкручиваются в торцевые отверстия внутренних электродов, зажимая электроды между торцевыми крышками. Крышки выполнены идентичными с обоих торцов. Каждая может быть выполнена сборной и состоять из двух частей - одной части, обращенной наружу, и второй части - внутренней втулки. В отличие от прототипа, каналы для подвода/отвода обрабатываемой жидкости выполнены не во внутреннем электроде, а в диэлектрической втулке 11 (или собственно в крышке, если она не сборная). Это увеличивает межремонтные периоды для замены внутреннего электрода, поскольку он остается цельным и

- защищенным от электрокоррозии специальным покрытием, в случае, если выполнен из металла,

- не имеет охрупчивающих его отверстий, в случае, если выполнен из графита.

При такой конструкции и при выполнении каналов под углом к оси устройства не образуются застойные зоны и турбулентные завихрения на входе/выходе внутренней камеры.

Claims (5)

1. Устройство для электрохимической обработки воды или водных растворов, имеющее в своем составе торцевые крышки, наружный трубчатый электрод, внутри которого коаксиально расположен внутренний электрод, кольцевая полость между ними разделена коаксиальной полупроницаемой диафрагмой на внутреннюю камеру и внешнюю камеру, каждая из которых снабжена входным и выходным патрубками, при этом входной и выходной патрубки внутренней камеры выполнены осевыми, соединены с внутренним электродом при помощи резьбового соединения и фиксируют положение торцевых крышек, отличающееся тем, что в боковых стенках осевых патрубков выполнены отверстия, сообщающиеся с внутренней камерой через каналы, выполненные в торцевых крышках, и ориентированные в радиальных плоскостях.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренний электрод выполнен стержневым, имеет на каждом торце глухое резьбовое отверстие для образования винтовой пары с осевым патрубком, снабженным резьбовым участком на наружной поверхности.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что торцевые крышки выполнены сборными, состоящими из двух частей, при этом каналы выполнены в тех частях крышки, которые обращены внутрь.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что торцевые крышки выполнены сборными, состоящими из двух частей, при этом каналы выполнены в тех частях крышки, которые обращены внутрь.

5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что каналы в торцевых крышках ориентированы под углом к оси устройства.