УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ И ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
DEVICE FOR ELECTROCHEMICAL TREATMENT OF WATER AND AQUEOUS SOLUTIONS

Изобретение предназначено для электрохимической обработки воды и водных растворов, преимущественно с повышенным солесодержанием.
Известно устройство для обеззараживания воды, включающее электроизолированный корпус, цилиндрические коаксиально установленные электроды, контактные поверхности которых выполнены в виде гофр, совпадающих относительно друг друга выступами и впадинами (патент РФ №2042640, опубл. 1995 г.). Внутри полого анода расположена перфорированная трубка, подводящая пар по радиальным каналам в аноде к его выступам. Переменное сечение кольцевого канала по длине между гофрированными поверхностями электродов способствует образованию переменных электрических полей, губительно воздействующих на жидкость.
Недостатком известного устройства является неравномерный износ поверхности электродов, обусловленный меняющимся расстоянием между поверхностями электродов по длине канала, что снижает надежность работы электродов.
Известно устройство для электрохимической активации воды и водных растворов, включающее коаксиально расположенные положительный и отрицательный электроды, полупроницаемую диафрагму между ними, нижнюю и верхнюю втулки с гидравлическими каналами, стягиваемые резьбовым соединением на концах внутреннего электрода (патент РФ №2251531, опубл. 2005 г.). На контактных поверхностях электродов выполнены многопрофильные канавки.
В известном устройстве также имеет место неравномерный износ поверхности электродов, обусловленный меняющимся расстоянием между поверхностями электродов по длине канала.
Известно устройство для электрохимической активации воды и водных растворов, включающее коаксиально расположенные положительный и отрицательный электроды, полупроницаемую диафрагму между ними, нижнюю и верхнюю втулки с гидравлическими каналами, стягиваемые резьбовым соединением на концах внутреннего электрода (патент РФ №2277070, опубл. 2006 г.). Установленный вертикально и выполняющий функции корпуса отрицательный электрод имеет форму полого цилиндра с винтовой канавкой на внутренней поверхности. Положительный электрод в виде стержня имеет винтовую канавку на наружной поверхности. Шаг винтовой канавки на стержне выполнен равным шагу винтовой канавки отрицательно заряженного электрода. При этом разделенные кольцевой диафрагмой выступы винтовой канавки стержня расположены напротив впадин винтовой канавки цилиндрического электрода.
За счет выполнения на аноде и катоде винтовых канавок для ориентированной подачи потоков обрабатываемой жидкости обеспечивается турбулентное движение обрабатываемой жидкости, которое позволяет увеличить площадь контакта молекул воды с катодом и анодом.
В известном устройстве расстояние между контактными поверхностями электродов изменяется по длине канала. Кромки выступов электродов из-за кратчайшего расстояния между ними подвержены наиболее быстрому износу, что снижает надежность работы электродов. Кроме того, срок эксплуатации положительного электрода снижает постоянное механическое растяжение, обусловленное использованием концов электрода для стягивания верхней и нижней втулок.
Известно устройство для электрохимической обработки воды и водных растворов по патенту РФ №2142426, опубл. 1998 г. Известное устройство включает коаксиально расположенные положительный и отрицательный электроды, керамическую диафрагму, коаксиально размещенную между электродами и разделяющую межэлектродное пространство на электродные камеры. Наружный отрицательный электрод установлен в нижней и верхней диэлектрических втулках, стягиваемых резьбовым соединением на концах внутреннего положительного электрода, выполненного в виде трубки постоянного сечения. В диэлектрических втулках выполнены каналы и патрубки для подвода и отвода обрабатываемой воды в электродные камеры. На внутренней поверхности каждой втулки выполнены два ограничительных уступа. Первый уступ взаимодействует с внешним электродом, второй уступ - с кольцевой уплотнительной прокладкой S-образного сечения.
В известном устройстве каждый микрообъем обрабатываемой жидкости взаимодействует с поверхностью электрода на пути, определяемом длиной межэлектродного пространства. Это приводит к неравномерности обработки жидкости и неравномерному износу электрода.
Из-за стягивания втулок резьбовым соединением на концах внутреннего электрода последний находится под нагрузкой постоянного механического растяжения, что сокращает срок его эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для электрохимической обработки воды и водных растворов по патенту WO №88/09772, 15.12.1988 г. (D2). Устройство содержит коаксиально расположенные положительный и отрицательный электроды, ионообменную диафрагму, коаксиально размещенную между электродами и разделяющую межэлектродное пространство на электродные камеры, в которых размещены спиральные изоляторы, образованные изоляционной нитью или изоляционной трубкой постоянного сечения, расположенной в электродных камерах по винтовой линии вокруг оси электродов.
Наличие полимерной нити (трубки), расположенной по винтовой линии в электродных камерах, способствует участию частиц потока обрабатываемой жидкости в двух движениях: поступательном движении вдоль оси электродов и вращательном вокруг оси электродов. В результате сложения движений двух видов каждый микрообъем обрабатываемой жидкости проходит идентичный путь по винтовой линии и благодаря точечному контакту полимерной нити (трубки) с поверхностью электродов практически может взаимодействовать со всей площадью электрода в электродной камере, за счет чего увеличивается равномерность обработки жидкости и равномерность износа электродов. Равномерному износу электродов способствует и сохранение неизменного расстояния между электродами, что повышает их надежность и срок службы.
Недостатком известного устройства является скопление пузырьков газа около поверхности полимерной нити (трубки) при обработке водных растворов с высоким солесодержанием. В застойных зонах, образованных пузырьками газа, не происходит обработки жидкости и интенсивнее изнашивается покрытие электрода.
Целью изобретения является повышение КПД за счет равномерности обработки воды и водных растворов с повышенным солесодержанием при одновременном повышении надежности и долговечности электродов.
Устройство для электрохимической обработки воды и водных растворов включает коаксиально расположенные положительный и отрицательный электроды, ионообменную диафрагму, коаксиально размещенную между электродами и разделяющую межэлектродное пространство на электродные камеры, полимерную нить или полимерную трубку, расположенную в электродных камерах по винтовой линии вокруг оси электродов, при этом полимерная нить или полимерная трубка имеет переменное сечение.
Переменное сечение полимерной нити (трубки) образует прерывистый контакт полимерной нити (трубки) с поверхностью электрода. Через образовавшиеся зазоры пузырьки газа могут перемещаться вдоль поверхности электрода, что предотвращает скопление газов у витков полимерной нити, и повышает равномерность обработки жидкости и износа электродов.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображен продольно-вертикальный разрез устройства для электрохимической обработки воды и водных растворов. На фиг.2, 3, 4 представлены варианты продольного сечения полимерной нити.
Устройство для электрохимической обработки воды и водных растворов содержит коаксиально расположенные внутренний положительный и наружный отрицательный электроды 1, 2. Ионообменная диафрагма 3, коаксиально размещенная между электродами 1, 2, разделяет межэлектродное пространство на электродные камеры. В электродных камерах по винтовой линии вокруг оси электродов расположена полимерная нить (трубка) 4. Отрицательный электрод 2 установлен в верхней и нижней диэлектрических втулках 5, 6, в которых выполнены каналы и патрубки для подвода и отвода обрабатываемой воды в электродные камеры.
Положительный внутренний электрод 1 выполнен в виде цилиндра, внутри которого установлен стержень 7 стяжки, соединяющей диэлектрические втулки 5, 6 посредством резьбового соединения. Резьбовое соединение стяжки включает вставленный в отверстие нижней втулки 5 болт 8, в торец которого ввинчен нижний конец стержня 7, и гайку 9 с шайбой 10, установленную на верхнем конце стержня 7, вставленного в отверстие верхней втулки 6. Электрод 1 нижним основанием опирается на втулку 11, установленную на резьбовом конце болта 8. Соединение верхней и нижней втулок посредством резьбового соединения на концах стержня стяжки, расположенного в канале внутреннего электрода исключает механическое растяжение внутреннего электрода, что повышает его надежность и срок службы.
При работе устройства обрабатываемая жидкость вводится в электродные камеры через патрубки и каналы верхней втулки 5. Прошедшая электролиз жидкость выводится через каналы и патрубки нижней втулки 6. Изменением направления намотки полимерной нити и расстояния между витками можно регулировать заданные скорость и направление движения обрабатываемой жидкости и соответственно ОВП получаемых анолита и католита.
Форма и размеры полимерной нити (трубки) переменного сечения зависят от параметров обрабатываемой жидкости и размеров конкретного изделия.
Толщина полимерной нити (трубки) зависит от расстояния между электродами и диафрагмой, которое может быть от 2 мм до 5 мм в зависимости от размеров изделия.
Форма полимерной нити (трубки) зависит от степени солесодержания обрабатываемой жидкости. Чем больше солесодержание обрабатываемой жидкости, тем больше должны быть зазоры, образуемые поверхностью нити (трубки) с поверхностью электрода.
Полимерная нить 4, имеющая переменное сечение, например, в виде соединенных округлых элементов, может быть изготовлена прессованием из прутка. Пруток из фторопласта Ф4 нагревали до температуры 385°С, из полипропилена - до температуры 100°С, из полиэтилена - до температуры 95°С. Прессованием подогретого прутка диаметром 2,5 мм было изготовлено три варианта нити переменного сечения с максимальным диаметром 3 мм (фиг.2, 3, 4).
Нить, продольное сечение которой представлено на фиг.2, имеет минимальный диаметр 2 мм, расстояние между выступами 2,5 мм.
Нить, продольное сечение которой представлено на фиг.3, имеет участки с минимальным диаметром 1 мм и протяженностью 1,5 мм, расстояние между выступами 4 мм.
Нить, продольное сечение которой представлено на фиг.4, имеет участки с минимальным диаметром 1 мм протяженностью 2,5 мм, участки с максимальным диаметром 3 мм протяженностью 1 мм, расстояние между участками с максимальным диаметром 5 мм.
Через углубления в поверхности изготовленных нитей могут проходить пузырьки газа диаметром до 0,7 мм, что соответствует размерам пузырьков, образующихся в обрабатываемых жидкостях с повышенным солесодержанием. Для водных растворов с солесодержанием до 5 мг/л предпочтительно использование нити, представленной на фиг.2. Для водных растворов с солесодержанием от 5 мг/л до 1 г/л предпочтительно использование нити, представленной на фиг.3. Нить, представленную на фиг.4, целесообразно использовать для водных растворов с солесодержанием до 5 г/л.