БЫТОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к химической технологии и может быть использована в процессах, связанных с электрохимическим регулированием кислотно-основных, окислительно-восстановительных свойств и каталитической активности воды, в частности для приготовления активированной воды в домашних условиях для использования в быту.
Из предшествующего уровня техники известны установки различных типов для обработки воды. В частности, известно устройство для обработки воды, содержащее емкость с помещенными в ней катодом и анодами, разделенными мембраной, патрубки ввода воды в анодную камеру, перетока воды из анодной в катодную камеры и выводом из последней очищенной воды (см. SU N 565889, М.кл. С02F 1/46, 1977 г.)
Это устройство неэффективно из-за нейтрализации продуктов электродных реакций при прохождении воды сквозь мембрану.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является переносное устройство для электрохимической обработки жидкости, содержащее цилиндрический корпус из диэлектрического материала с крышкой, приспособление для крепления диафрагмы расположенное внутри корпуса, катод и анод, закрепленные на крышке таким образом, что при закрытой крышке мембрана находится между ними, средство подачи напряжения на катод и анод. Приспособление для крепления диафрагмы выполнено в виде сегмента полого тонкостенного цилиндра с дном с боковой стенкой, повторяющей форму внутренней поверхности боковой стенки корпуса. Торцы боковой стенки и дна корпуса по плоскости сечения снабжены приспособлениями, в которых герметично установлена плоская мембрана, высота сегмента равна или меньше высоты внутреннего объема корпуса, величина объема сегмента составляет 0,4-0,5 величины внутреннего объема корпуса (см. RU №24194, М.кл. С02F 1/46, 02г.).
Недостатком этого аналога является сложность конструкции и неудобство при эксплуатации, а также ограниченные функциональные возможности.
Технической задачей, решаемой предложенными вариантами полезной модели, является расширение функциональных возможностей предлагаемых вариантов устройств и повышение удобства их эксплуатации при приготовлении активированной воды, а также (в варианте выполнения) обеспечения возможности проведения в одном устройстве, процессов или растворения в обрабатываемой воде серебра, или активации воды.
Решение указанной задачи обеспечено тем, что бытовое устройство для электрохимической активации питьевой воды, содержащее разъемный корпус из диэлектрического материала с нижней и верхней частями, выполненными в виде, соответственно, сосуда и крышки этого сосуда, который снабжен съемным стаканом с частью боковой поверхности выполненной в виде рамки с установленной в ней сменной пористой перегородкой-мембраной, при этом с нижней стороны крышки установлены электроды в виде нерастворимых при электролизе анода и катода, подключенных к выпрямителю переменного тока и установленных в крышке с возможностью размещения между ними перегородки-мембраны съемного стакана в собранном положении разъемного корпуса, согласно полезной модели, съемный стакан выполнен с объемом, составляющим 0,1-0,4 объема сосуда нижней части корпуса, что обеспечивает возможность получения за один цикл обработки преимущественный объем живой или мертвой воды в зависимости от конкретных потребностей. Предпочтительно, чтобы устройство было дополнительно снабжено таймером, включенным в цепь питания электродов, при этом таймер и выпрямитель переменного тока могут быть размещены в крышке, причем, таймер должен быть снабжен поворотной ручкой и шкалой времени, которые расположены на верхней торцевой поверхности крышки.
В другом варианте выполнения бытовое устройство для электрохимической активации питьевой воды, также содержит разъемный корпус из диэлектрического материала с нижней и верхней частями, выполненными в виде, соответственно, сосуда и крышки этого сосуда, снабженного тонкостенным съемным стаканом с сегментной, в плане, формой, плоская часть боковой поверхности которого выполнена в виде рамки с установленной в ней сменной пористой перегородкой-мембраной, при этом в крышке размещен выпрямитель переменного тока, подключенный к переключателю режимов работы, таймеру, а также к аноду и катоду в виде, нерастворимых при электролизе электродов для активации воды, закрепленных с нижней стороны крышки с возможностью размещения между ними перегородки-мембраны съемного стакана в собранном положении разъемного корпуса. Согласно, этому варианту выполнения устройства, съемный стакан выполнен с объемом, составляющим 0,1-0,4 объема сосуда нижней части корпуса, при этом в крышке, между электродами для активации воды выполнено контактное гнездо для установки электрода для серебрения воды, а переключатель режимов работы выполнен с возможностью переключения устройства или в режим активации воды, или в режим ее серебрения с подачей напряжения, соответственно, или на катод-анодную пару электродов для активации воды, или, при установленном электроде для серебрения, на катод-анодную пару электродов в виде, соответственно, катода из катод-анодной пары электродов для активации воды и анода в виде электрода для серебрения воды. Предпочтительно, чтобы электроды для активации воды были выполнены пластинчатыми, а электрод для серебрения был выполнен в виде стержня. Электрод для серебрения может быть также выполнен стационарным и неподвижно закреплен в контактном гнезде и кроме того, этот электрод может быть выполнен или из серебросодержащего сплава, или из токопро-водящего материала с покрытием из серебра 999,9 пробы, или из серебра 999,9 пробы. Также устройство может быть дополнительно снабжено включателем запуска установленного режима работы и дисплеем, выполненным с возможностью отображения информации о выбранном режиме активации и
информации об отсчете времени, оставшегося до автоматического выключения подачи напряжения на электроды, при этом кнопки переключателя режимов активации и включателя запуска установленного режима, а также дисплей могут быть расположены на поверхности верхнего торца верхней части разъемного корпуса.
В обоих вариантах выполнения, предпочтительно, чтобы в верхней части рамки съемного стакана была выполнена ручка и установлен съемный фиксатор перегородки-мембраны, выполненный в виде П-образной удлиненной пружинистой скобы со сквозным окном в ее перемычке, расположенным посредине скобы, при этом длина окна больше ширины ручки рамки; анод и катод выполнены в виде пластинчатых электродов, соответственно, из титана с диоксид рутениевым покрытием и из пищевой нержавеющей стали; перегородка-мембрана выполнена из пористого неметаллического материала с открытыми порами, например, керамики, стекла, полимера, ткани или пищевого картона, при этом ее толщина составляет 0,1-15 мм с пористостью не менее 10% и с диаметром пор не менее 20 мкм; верхняя и нижняя части разборного корпуса выполнены с ручками, расположенными с возможностью их соприкосновения в собранном положении разборного корпуса, при этом в ручках верхней части корпуса выполнены посадочные гнезда под соответствующие штыри, выполненные в ручках нижней части корпуса, причем упомянутые посадочные гнезда и штыри в упомянутых ручках выполнены в виде блокировочных контактов с возможностью их размыкания - замыкания при, соответственно, разобранном или собранном положениях разъемного корпуса; в области расположения посадочных гнезд и штырей в упомянутых ручках, размещены герконы и магниты, выполненные в виде блокировочных контактов с возможностью их размыкания - замыкания при, соответственно, разобранном или собранном положениях разъемного корпуса.
Техническим результатом использования предложенной полезной модели, является повышение безопасности и удобства при эксплуатации предложенных устройств, а также (в варианте выполнения) обеспечение возможности проведения в одном устройстве процессов или насыщения воды ионами серебра или активации воды.
На фиг.1 показан общий вид (аксонометрия) устройства для электрохимической обработки питьевой воды; на фиг.2 - показан общий вид съемного стержневого электрода (аксонометрия); на фиг.3 - вид А на фиг.1; на фиг.4 и 5 - вид В на фиг.1 (варианты выполнения); на фиг.6 - вид Д на фиг.4 (вариант выполнения); на фиг.7 вид Е на фиг.5 (вариант выполнения); на фиг.8 - блок схема электропитания устройства; на фиг.9 - вид С на фиг.3; на фиг.10 - вид сверху на крышку одного из вариантов выполнения.
Устройство для обработки воды (см. фиг.1) содержит разборный цилиндрический корпус с верхней 1 и нижней 2 частями, выполненными из диэлектрического материала. Верхняя часть 1 выполнена в виде крышки для нижней части 2, выполненной в виде цилиндрической емкости, снабженной ручками 3, в каждой из которых выполнены цилиндрические гнезда 4 (см. фиг.3). В варианте выполнения (см.
фиг.10) на верхней торцевой поверхности верхней части 1 корпуса расположена ручка таймера 5б и шкала времени 5в. В другом варианте выполнения, на верхней торцевой поверхности верхней части 1 корпуса расположен дисплей 5а, рядом с которым расположены кнопки 6 и 7 для, соответственно, выбора режима обработки воды и включения установленного режима обработки. На боковой поверхности верхней части 1 расположена кнопка 8 для включения электровыпрямителя 9 (см. фиг.8). Также на верхней части 1 расположен электрошнур 10 для подключения устройства к электросети. С нижней стороны верхней части 1 закреплены электроды 11 и 12, преимущественно пластинчатой формы. Нижняя часть 2 корпуса снабжена ручками 13, на которых расположены штыри 14 под соответствующие цилиндрические гнезда 4 в ручках 3, выполненных в верхней части 1 корпуса. Штыри 14 и гнезда 4 могут быть выполнены в виде блокировочных контактов К, с возможностью их замыкания - размыкания, соответственно в собранном и разобранном положениях частей 1 и 2 разборного корпуса (в собранном положении корпуса ручки 3 и 13 соприкасаются). В одном из предпочтительных вариантов выполнения, блокировочные контакты выполнены в виде вмонтированных в ручки 3 и 13 (в области расположения посадочных гнезд 4 и штырей 14) герконов и магнитов (условно не показаны), выполненных с возможностью замыкания-размыкания контактов герконов при, соответственно, разобранном или собранном положениях разъемного корпуса. На внутренней цилиндрической поверхности емкости нижней части 2 корпуса нанесены метки (условно не показаны) положений максимального и минимального уровней обрабатываемой воды, а также выполнены приливы а и б в виде вертикально расположенных направляющих для точной установки в этой части корпуса съемного цилиндрического стакана 15, выполненного с секторной, в плане, формой. Плоская часть боковой поверхности стакана 15 выполнена в виде рамки 16, а остальная - выпуклая часть 17 - выполнена цилиндрической (см. фиг.1,9) с совпадением по кривизне с цилиндрической боковой поверхностью сосуда нижней части 2 разборного корпуса. Это обеспечивает, с одной стороны, параллельность плоской части боковой поверхности с рамкой 16 поверхности плоских электродов 11, 12, а с другой - максимальное прилегание части 17 боковой поверхности съемного стакана 15 (в его рабочем положении) к вогнутой боковой поверхности сосуда нижней части 2 разборного корпуса (см. фиг.3). Рамка 16 предназначена для плотной установки в ней сменной пористой перегородки-мембраны 18. В рабочем положении, перегородка-мембрана 18, расположена вертикально. Перегородка-мембрана 18 может быть выполнена из пористого неметаллического материала толщиной 0,1-15 мм с открытыми порами, например, керамики, стекла, полимера, ткани или пищевого картона с пористостью, составляющей не менее 10% и диаметром пор не менее 20 мкм, что является необходимым для протекания электрохимических реакций с предотвращением смешивания (за счет перегородки-мембраны) образующихся двух типов водных растворов - с повышенной концентрацией отрицательных или положительных ионов. Водный раствор ионов, образующийся при электролизе
в области анода и имеющий повышенную концентрацию отрицательных ионов и являющийся анолитом, обычно называется «мертвой» водой, тогда как водный раствор, образующийся в области катода (с повышенной концентрацией положительных ионов) - католит, обычно называется «живой» водой. Т.к. в конкретной ситуации потребность в «живой» и в «мертвой» воде может быть разная, целесообразно, чтобы объем съемного стакана 15 составлял 0,1-0,4 объема цилиндрической емкости нижней части 2 разборного корпуса. Стакан 15 может быть вставлен в сосуд в двух разных положениях (относительно электродов 11, 12 т.е. диаметрально противоположно, см. фиг.3 поз.а,б), для получения за один цикл активации относительно больших количеств или «живой», или «мертвой» воды. Кроме того, стакан 15 снабжен ручкой 19, расположенной вверху рамки 16 для удобной установки или удаления съемного стакана 15. Также в рамке 16 выполнены П-образные приливы 20, образующие канавки, в которые сверху вставляется съемная перегородка-мембрана 18. Кроме того, рамка 16 снабжена съемным фиксатором 21 а в виде пружинной П-образной скобы с окном 216 (в котором размещается ручка 19 при одетой скобе) для фиксации перегородки-мембраны 18 в рабочем положении.
В другом варианте выполнения устройства (в отличие от предыдущего варианта), в верхней части 1 разборного корпуса, между электродами 11, 12, размещено контактное гнездо 22 (см. фиг.7) для установки в нем съемного, например, стержневого электрода 23 для серебрения обрабатываемой воды. Электрод 23 может быть установлен в гнезде 22 также и постоянно, т.е. этот электрод может быть стационарным, однако предпочтителен вариант со съемным электродом, т.к. это повышает удобство пользования устройством. В этом варианте, наряду с различными по длительности режимами активации воды, также предусмотрены различные по длительности режимы растворения серебра в обрабатываемой воде, т.е. получение так называемой «серебряной» воды. Соответственно дисплей 5 выполнен с возможностью показа информации о выбранном конкретном режиме работы устройства (активации или «серебрения» обрабатываемой воды) и с возможностью установки требуемого режима, а также показа отсчета времени с момента включения до автоматического выключения устройства в выбранном режиме работы (следует отметить, что в состав таких дисплеев обязательно входит программируемый микропроцессор). Кнопка 6 предназначена для выбора на дисплее 5 необходимого режима обработки воды, который включается при нажатии кнопки 7. Электрод 23 для серебрения воды может быть выполнен или из серебросодержащего сплава, или из серебра 999,9 пробы, или из токопроводящего материала с покрытием из серебра 999,9 пробы. Во всех вариантах выполнения устройства, электроды (кроме серебренных) должны быть выполнены из нерастворимого при электролизе металла или из токопроводящего материала. Предпочтительно, чтобы анод и катод были выполнены, соответственно, из титана с каталитическим покрытием, например, диоксидом рутения, и из пищевой нержавеющей стали.
Работа предложенных вариантов устройств осуществляется следующим образом. При подготовке устройства к работе в режиме активации воды (в обеих вариантах выполнения), в цилиндрической емкости части 2 корпуса устанавливают съемный стакан 15 с плотно закрепленной в нем перегородкой-мембраной 18 и заполняют этот стакан обрабатываемой питьевой водой. Затем заполняют водой оставшуюся (за вычетом емкости стакана 15) емкость этой части корпуса. Уровень заливаемой
воды должен располагаться между отметками (на стенке емкости) максимального и минимального уровня воды. Затем на емкость нижней части 2 корпуса устанавливают крышку (верхнюю часть 1), совмещая при этом гнезда 4 на ручках 3 со штырями 14 на ручках 13, в результате чего блокировочные контакты К замыкаются. В собранном положении разъемного корпуса, один из электродов, например, электрод 12 (анод) должен располагаться внутри съемного стакана 15, а перегородка-мембрана 18 (при вставленном съемном стакане 15) должна располагаться между электродами 11, 12. В варианте выполнения устройства (с ручным таймером 5б, см. фиг.10) после подготовки устройства к работе его подключают к электросети и переводом ручки таймера 56 в требуемое положение запускают устройство в работу. В процессе работы ручка таймера 56 возвращается в исходное (нулевое) положение, при этом происходит автоматическое отключение подачи напряжения на электроды 11, 12. В другом варианте выполнения устройства, после его подготовки к работе и подключения к электросети, переводят кнопку 8 в положение - включено. Затем, посредством нажатий на кнопку 6, на дисплее 5 выбирают и устанавливают необходимый режим или активации, или серебрения воды, при этом обеспечивается переключение и замыкание соответствующих контактов. Затем, нажатием на кнопку 7 включают в работу установленный режим обработки, при этом на анод 12 и катод 11 подается напряжение и включается таймер 24, который начинает обратный отсчет времени (оставшегося с момента включения до окончания выбранного режима обработки воды), значение которого также высвечивается на дисплее 5. В процессе обработки воды электроды 11 и 12 находятся под постоянным (точнее - пульсирующем с частотой до 100ГЦ) напряжением, порядка 90-180 В, что приводит к протеканию тока (примерно 0,4-0,6А) между этими электродами. В результате протекающих на поверхности электродов реакций а также за счет окислительно-восстановительных реакций в межэлектродном пространстве, у катода 12 и анода 11 начинают концентрироваться положительные и отрицательные ионы, т.е. протекает процесс изменения характеристик воды, при этом в области катода 12, обрабатываемая вода насыщается положительными ионами и превращается в католит т.е. в водный раствор с повышенной концентрацией положительных ионов, а в области анода 11 она превращается в анолит, т.е. в водный раствор с повышенной концентрацией отрицательных ионов. Анолит, так называемая «мертвая» вода - слабокислый водный раствор с антиоксидантными свойствами. Католит, так называемая «живая» вода - слабощелочной водный раствор со стимулирующими свойствами, например, ускоряет прорастание семян, развитие растений и т.д. По окончанию обработки воды и автоматического отключения устройства, снимают крышку 1 и сливают обработанную воду в виде анолита (в съемном стакане) и католита (в емкости) в отдельные емкости для полезного использования. Если выбран режим серебрения с приготовлением так называемой «серебряной» воды, то для приготовления этой воды, из нижней части 2 разъемного корпуса удаляют съемный стакан 15 и заполняют цилиндрическую емкость этой части
корпуса отстоянной водой так, чтобы ее уровень располагался между соответствующими отметками на внутренней стенке этой емкости; в гнездо 22 вставляют съемный стержневой электрод 23, собирают обе части разъемного корпуса и переключают кнопку 8 в положение включено. Затем, кнопкой 6, выбирают на дисплее 5 режим серебрения воды и, нажатием на кнопку 7, включают работу устройства в этом режим. При выборе режима работы, в этом варианте выполнения, на дисплее 5 могут последовательно отображаться сначала режимы активации, а затем режимы серебрения воды. В режиме серебрения на пластинчатые электроды 11 и 12 подается отрицательное напряжение, при этом на стержневой электрод 23 (съемный или несъемный) подается положительное напряжение. В процессе серебрения, в результате протекания тока между электродами, электрод 23 подвергается анодному растворению с переходом ионов серебра в обрабатываемую воду. По окончанию процесса серебрения воды, устройство выключается, крышка снимается, а полученная вода сливается (из емкости нижней части 2) корпуса в какую-либо емкость для дальнейшего полезного использования. «Серебряная» вода имеет антисептические и обеззараживающие свойства и положительно воздействует на человеческий организм. Рекомендуемая концентрация серебра в питьевой воде (при длительном употреблении) составляет до 0,01 мг/л.
Результаты работы предложенных устройств представлены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1(получение серебряной воды).
Продолжительность работы устройства, сек
Концентрация серебра в воде, мг/л
2
0,01
5
0,027
10
0,056
20
0,104
30
0,155
Таблица 2(процесс активации воды).
Продолжительность работы устройства, мин
Значения рН Католита
Значения рН Анолита
5
8,5
6,1
10
8,9
4,9
15
9,2
3,6
20
10,3
3,0
25
10,7
2,8
30
10,8
2,6
35
10,8
2,5
40
10,7
2,4
Предложенные варианты устройств, безопасны в работе и удобны в обслуживании. Кроме того, устройство (вариант выполнения) имеет расширенные функциональные возможности за счет обеспечения возможности приготовления в одном устройстве или активированной, или серебряной воды.