ИОНАТОР СЕРЕБРА

Устройство относится к области электрохимической технологии обработки воды ионами металла с обеззараживанием.
Из существующего уровня техники известен ионатор для обработки воды ионами серебра [А.с. 1742219 СССР, МКИ C 02 F 1/46, опубл. 23.06.92, Бюл.23], содержащий источник питания с регулируемым выходным напряжением, подключенный к серебряным электродам, имеющим механический регулятор их положения. Недостатки устройства - отсутствие автоматического контроля за процессом обработки воды и низкая точность получения заданной концентрации ионов серебра. Также известен автономный ионатор [Патент №2096335 РФ, МПК C 02 F 1/46, опубл. 20.11.97, Бюл.25], содержащий источник питания, подключенный через электронную схему к электродам, сигнальное устройство контроля работоспособности и времени работы ионатора, расхода емкости автономного источника питания, причем емкость источника питания необходима и достаточна для полного растворения серебряного анода. Обеспечивается требуемая концентрация ионов серебра выбором на таймере времени обработки воды. Недостаток устройства - низкая точность получения требуемой концентрации ионов серебра из-за отсутствия контроля солевого состава и температуры исходной воды, состояния электродов и действительно растворенной массы серебра анода.
Кроме того, известен ионатор [Свидетельство на полезную модель №12825 РФ, 7 МПК C 02 F 1/32, 1/46, опубл. 10.02.2000, Бюл.4], в котором реализован контроль состояния воды и электродов и имеется возможность изменять требуемую концентрацию ионов серебра. Этот ионатор выбран в качестве прототипа как наиболее близкий по своей технической сущности заявляемому объекту. Он содержит источник тока, электроды, из которых, по
крайней мере, анод выполнен из серебра, логический блок, соединенный с таймером, блоком индикации и выходом блока контроля, подключенного входами к электродам, задатчик концентрации, а также ключевой элемент, у которого входы подключены к выходам источника тока, выходы - к электродам и управляющий вход - к выходу логического блока, соединенного своими входами с выходами задатчика концентрации. В этом устройстве имеется контроль солевого состава исходной воды и состояния электродов.
Основной недостаток прототипа - низкая точность получения требуемой концентрации ионов серебра, по причине отсутствия контроля количества растворившегося серебра в процессе обработки воды.
Технический результат, реализуемый в предлагаемом решении - повышение точности получения требуемой концентрации ионов серебра за счет контроля количества растворившегося при обработке воды серебра.
Указанный технический результат достигается тем, что по отношению к известному устройству-прототипу, содержащему последовательно соединенные источник питания, ключевой элемент и электроды, из которых, по крайней мере, анод выполнен из серебра, а к аноду и катоду подключены входы блока контроля, в предлагаемое устройство введен блок управления и индикации, соединенный входом с выходом блока контроля, выходом - с входом ключевого элемента, причем анод, имеющий заданные длину и массу, и катод кромками зафиксированы в своих узлах крепления на расстоянии друг от друга большем, чем расстояние между противоположными свободными кромками этих электродов.
Указанная совокупность существенных признаков, заключающаяся во введении блока управления и индикации, соединенного входом с выходом блока контроля, выходом - с входом ключевого элемента, причем анод, имеющий заданные длину и массу, и катод кромками зафиксированы в своих узлах крепления на расстоянии друг от друга большем, чем расстояние между противоположными свободными кромками этих электродов - является
неизвестной из уровня техники, что позволяет считать предлагаемое устройство соответствующим критерию патентоспособности "новизна".
Сущность предлагаемого ионатора серебра поясняет чертеж электролитической ячейки со схемой управления процессом растворения, приведенный на фиг.1, где приняты следующие обозначения: 1 - источник питания (предпочтительно источник тока), 2 - ключевой элемент, 3, 4 - анод и катод электролитической ячейки, 5 - блок контроля, 6 - блок управления и индикации, 7, 8 - узлы крепления анода и катода соответственно. На фиг.2, 3, 4 представлены различные варианты выполнения электродов, причем на фиг.4 изображен ограничитель 9 длины устанавливаемого анода 3.
Ионатор серебра (фиг.1) содержит последовательно соединенные источник питания 1, ключевой элемент 2, электроды 3 и 4, из которых, по крайней мере, анод 3 выполнен из серебра, а к аноду 3 и катоду 4 подключены входы блока контроля 5, блок управления и индикации 6, соединенный входом с выходом блока контроля 5, выходом - с входом ключевого элемента 2, причем анод 3, имеющий заданные длину и массу, и катод 4 кромками зафиксированы в своих узлах крепления 7 и 8 на расстоянии друг от друга большем, чем расстояние между противоположными свободными кромками этих электродов. Анод 3 имеет форму пластины или цилиндра (проволоки) без сгибов (фиг.1, 2, 4) или с изгибом (фиг.3). Катод 4 изготавливается в виде одной (фиг.2, 3) или двух (фиг.1, 4) пластин, изогнутых под углом, или усеченного пустотелого конуса, охватывающего анод 3. Также возможна фиксация электродов 3, 4 под углом друг к другу, причем в любом из перечисленных случаев их свободные кромки должны располагаться друг к другу ближе, чем кромки, зафиксированные в узлах крепления 7, 8. Для обеспечения заданной длины анода 3 при фиксации в узле крепления 8 возможно применение ограничителя 9 (фиг.4), который либо закреплен постоянно и изготовлен из диэлектрика, либо используется только при установке и фиксации анода 3.
Работа ионатора серебра происходит следующим образом. Источник питания 1 задает электрический ток, который протекает через воду между анодом 3 и катодом 4 в электролитической ячейке - электролизере. Ток может быть постоянным либо пульсирующим (в виде импульсов одной полярности) в зависимости от режима работы ключевого элемента 2. Среднее значение тока между электродами 3, 4 регулируется блоком управления и индикации 6 импульсно от максимального значения до нуля при постоянной амплитуде тока, задаваемой источником питания 1, за счет изменения времени включенного состояния ключевого элемента 2 в течение периода коммутации. Напряжение на электродах 3, 4 определяется силой тока и электрическим сопротивлением воды между ними. Блок контроля 5 отслеживает уровень амплитуды напряжения на электродах 3, пропорциональной амплитуде тока. Под действием протекающего тока в воду поступают ионы серебра из анода 3, который постепенно растворяется. Концентрация серебра в воде в соответствии с законом Фарадея зависит от объема обрабатываемой воды, силы (плотности) тока и времени обработки.
Для получения требуемой концентрации ионов серебра в определенном объеме воды необходимо установить порог срабатывания блока контроля 5 и зафиксировать в узле крепления 7 анод 3 с требуемыми длиной и массой. При запуске ионатора включается источник питания 1, открывается ключевой элемент 2, появляется ток через воду между электродами 3, 4, а ионы серебра поступают в воду из анода 3. Поскольку свободные кромки анода 3 и катода 4 расположены ближе, чем их кромки, зафиксированные в узлах крепления 7, 8, то плотность тока по площади электрода оказывается различной - высокой на периферии (области, удаленной от узла крепления 7) из-за меньшего сопротивления и низкой около узла крепления 7. По этой причине в периферийной области анод 3 растворяется более интенсивно. По мере растворения его длина уменьшается в направлении от свободной кромки к узлу крепления 7 и, как следствие, сопротивление воды между электродами
растет из-за снижения эффективной площади анода 3, а напряжение на них увеличивается при поддержании неизменной величины тока. Как только это напряжение достигнет порогового уровня, включится устройство контроля 5 и выключит через блок управления и индикации 6 ключевой элемент 2. Процесс обработки воды прекратиться, о чем сигнализирует блок управления и индикации 6. Следовательно, ионатор обрабатывает воду известного объема до тех пор, пока не произойдет растворение всего анода 3 заданной длины и массы или его определенной части. Также в тех случаях, когда напряжение на электродах становится ниже минимально допустимого порога, блок контроля 5 отключает через блок управления и индикации б ключевой элемент 2, что возможно при замкнутых накоротко электродах или при недопустимо малом расстоянии между ними с отсутствием циркуляции обработанной и насыщенной ионами серебра воды.
Таким образом, в предлагаемом устройстве повышена точность получения требуемой концентрации ионов серебра в заданном объеме обрабатываемой воды. Это достигнуто за счет формирования неравномерного распределения плотности тока по поверхности анода и более быстрого растворения его на периферии по отношению к узлу крепления с постепенным уменьшением длины и эффективной площади в процессе растворения, что является причиной увеличения сопротивления воды между электродами и роста напряжения на них. Процесс обработки воды (растворения части или всего анода заданной массы) закончится после достижения напряжения на электродах своего предельного значения, вызывающего срабатывание блока контроля, отключающего ионатор серебра. Такой алгоритм действия обеспечивает получение требуемой концентрации ионов серебра в обработанном объеме воды вне зависимости от засоленности и температуры исходной воды, точности поддержания тока, и достигается автоматическим выбором длительности процесса обработки воды за счет соответствующей настройки порога срабатывания устройства контроля.