УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТЕЙ

1. Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к химической технологии, в частности к устройствам для электрохимической обработки воды и водных растворов, и может быть использовано для регулирования кислотно-основных, окислительно-восстановительных свойств и каталитической активности воды и водных растворов, для очистки и обеззараживания воды и других жидких сред, а так же для получения моющих, дезинфицирующих, стерилизующих и лечебных растворов.
2. Уровень техники
Известно устройство для раздельного получения воды, обработанной в катодной и анодной камерах - католита и анолита - из подсоленной воды, использующихся соответственно в качестве моющего и обеззараживающего растворов в медицине, состоящее из цилиндрического электролизера с коаксиально расположенными электродами и диафрагмой между ними, разделяющей внутреннее пространство на катодную и анодную камеры. (Заявка Японии №1-104387, rл. С02F 1|46, 1989 г.). 21.04.1989 г.).
Недостатками данного устройства являются неудовлетворительная гидродинамика, смешивание продуктов анодных и катодных электрохимических реакций при использовании диафрагмы большой протекаемости, а также большие затраты ручного труда при сборке и ремонте электролизера.
7
Известно также устройство, активирующее водные системы за счет их перемещения (вращения) в электромагнитном поле (RU №2192902, М. кл.: А61N 5/00, А61К 41/00, 2001 г.)
Недостатками известного устройства являются его конструктивная сложность и значительные энергетические затраты на активирование жидкости.
7
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для электрохимической обработки воды, которое состоит из коаксиально расположенных стержневого и цилиндрического электродов, установленных на диэлектрических втулках и коллекторных головках, керамическую ультрафильтрационную диафрагму, коаксиально размещенную между электродами и разделяющую межэлектродное пространство на электродные камеры, верхние и нижние втулки и коллекторные головки имеют каналы и патрубки для подвода и отвода обрабатываемой воды (RU №2088539, М. кл.: С02F 1/46, 1995 г.).
Недостатком данного устройства является ограниченная степень активации проходящего через устройство раствора, малые концентрации продуктов электролиза, получаемых на выходе при заданных параметрах входного раствора и малый срок службы анода из-за повышенной плотности тока.
3. Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является повышение эффективности работы устройства, снижение плотности тока и повышение надежности.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в устройстве для электрохимической обработки жидкостей, содержащем как минимум одну электрохимическую ячейку, выполненную из вертикальных коаксиальных стержневого и цилиндрического электродов, установленных в диэлектрических втулках и коллекторных головках, в которых по внутренней поверхности выполнены по спирали канавки или выступы с шагом, равным (0,1-1,0)d - где d - внутренний диаметр втулки или головки. Канавки или выступ имеют соответственно глубину или высоту, равную расстоянию между диафрагмой и электродом. Угол между стенками канавки или выступа равен 60°÷180°. На
входах и выходах электродных камер устанавливаются под заданным углом диэлектрические вставки с двумя и более плоскими лопатками, расположенными под углом равным 5°÷80° к поверхности вставки и развернутые друг относительно друга в противоположные стороны. Внутренний стержневой электрод имеет на внешней поверхности канавку или выступ с шагом, равным (0,1-1,0)L - где L - длина электрода. Канавки или выступы в диэлектрических втулках и коллекторных головках выполнены таким образом, чтобы обеспечить как одностороннее, так и встречное вращение жидкости в анодной и катодной камерах. Канавки или выступы во втулках и головках выполнены так, что жидкость поступает во внутреннюю полость по касательной.
4. Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлен общий вид устройства в разрезе.
На фиг.2 представлены диэлектрические втулки и коллекторные головки в разрезе.
На фиг.3 и 4 представлены варианты расположения штуцеров диэлектрических втулок и коллекторных головок.
На фиг.5 представлена диэлектрическая вставка и ее разрез.
На фиг.6 представлен внутренний стержневой электрод и его разрез.
На фиг.7 представлены варианты вращения жидкости в камерах устройства.
Электрохимическая ячейка (фиг.1) состоит из коаксиальных внутреннего стержневого или трубчатого электрода 1, диэлектрических коллекторных головок 2, в которых крепится электрод 1, диэлектрические вставки 3, создающие вращательное движение жидкости в электродных камерах, диафрагмы 4, диэлектрических втулок 5, в которые герметично входит электрод 6. Диафрагма 4 разделяет межэлектродное пространство на анодную и катодную камеры. Втулки 5 и головки 2 выполнены с каналами для подачи и отвода жидкости и снабжены штуцерами 7. На внутренней поверхности втулок 5 и головок 2 выполнены по спирали канавки или выступы 8, которые создают вращательное движение жидкости в межэлектродном пространстве с углом между стенками канавки или выступа 60°÷180° (параметры диапазона определяются оптимальными
гидравлическими условиями работы). Канавки или выступы выполнены с шагом, равным (0,1-1,0)d - где d - внутренний диаметр втулки или головки (максимальное значение указанного диапазона не существенно закручивает поток, а минимальное - вызывает недопустимое увеличение гидравлических сопротивлений движению потока),. Канавки или выступы имеют глубину (высоту) равную расстоянию между диафрагмой и электродом.
На поверхности внутреннего электрода 1 выполнена спиральная канавка или выступ, которые создают вращение жидкости. На входах и выходах анодной и катодной камер могут устанавливаться под заданным углом диэлектрические вставки 3, создающие вращательное движение жидкости относительно внешнего трубчатого электрода 6 и диэлектрических втулок 5, в которые герметично входит электрод 6. Диафрагма 4 разделяет межэлектродное пространство на анодную и катодную камеры. На концах внутреннего электрода имеется резьба, с помощью которой происходит стягивание всей конструкции и герметизация электродных камер с помощью резиновых колец
Между электродами установлена керамическая пористая диафрагма в виде цилиндра или усеченного конуса с расширением вниз или вверх. Цилиндрическая диафрагма с равномерным сечением по всей длине будет создавать одинаковую скорость вращения во всех камерах устройства. Диафрагма в виде усеченного конуса с расширением вниз будет создавать большую скорость вращения в камере внутреннего электрода, а диафрагма в виде конуса с расширением вверх будет создавать большую скорость вращения жидкости в камере внешнего электрода.
Такое выполнение устройства позволяет создать вращательное движение жидкости в анодной и катодной камерах, что приводит к дополнительному пересечению жидкостью электромагнитных полей и более длительному нахождению единичного объема жидкости в межэлектродном пространстве, более интенсивному перемешиванию продуктов электролиза, образующихся у поверхности электродов, что, в конечном счете, повышает степень активации проходящего через анодную и катодную камеры раствора, позволяя получать
более концентрированные продукты электролиза при заданных параметрах входного раствора. Повышение концентрации электрических зарядов получаемых продуктах электролиза при заданных параметрах входного раствора позволяет снизить потребляемую устройством мощность от 5 до 20%. Кроме того, канавка для уплотнительного кольца внутреннего электрода выполнена переменного сечения и имеет конусное расширение, начинающееся от внешней поверхности электрода на глубину канавки 0,1÷0,5 мм под углом 5°÷50° к боковой поверхности канавки, что устраняет разрушение уплотнительного кольца, снижает нагрузку на керамическую диафрагму и сохраняет герметичность электродной камеры на весь период эксплуатации электрода.
Диафрагма выполнена в виде цилиндра или конуса с толщиной стенки 0,5÷1,2 мм и изготовлена из пористой керамики на основе оксида циркония, оксида алюминия и оксида иттрия в соотношении, оксид циркония 58÷89%, оксид алюминия 9÷40%, оксид иттрия 0,5÷8% и расстояние между внутренней поверхностью диафрагмы и внешней поверхностью центрального электрода, а так же между внешней поверхностью диафрагмы и внутренней поверхностью внешнего электрода составляет 0,1÷2,0 мм. Полученные экспериментальным путем соотношения компонентов диафрагмы, ее геометрических размеров и расстояний от диафрагмы до электродов позволяют получить наименьшее электрическое сопротивление в диафрагме и в электродных камерах при протекании электрического тока в процессе электролиза, что позволяет снизить энергопотребление всей электрохимической ячейки.
5. Осуществление полезной модели
Устройство работает следующим образом.
Обрабатываемая жидкость через штуцеры 7 поступает во внутреннюю полость диэлектрических втулок 5 и коллекторных головок 2, где с помощью канавок или выступов 8 создается вращение жидкости. Вращаемая с помощью диэлектрических вставок 3 жидкость поступает соответственно в анодную и катодную камеры соответственно электродов 1 и 6, где происходит электролиз и
разделение продуктов электролиза с помощью пористой диафрагмы 4 на анолит и католит. С выхода электродных камер обработанная жидкость поступает во внутренние полости диэлектрических втулок 5 и коллекторных головок 2 и через штуцеры 7 отводится для дальнейшего использования. Для поддержания вращательного движения жидкости в электродных камерах поверхность внутреннего электрода может выполняться со спиральной канавкой или выступом, а так же на входах и выходах электродных камер могут устанавливаться под заданным углом диэлектрические вставки, создающие вращение проходящей через них жидкости.
Экспериментальные исследования показали, что за счет дополнительного структурирования жидкости, обеспечиваемого ее вращением в электромагнитном поле электролизера, степень активирования обработанной жидкости существенно повышалась. Проверка результатов активирования производилась следующим образом. В стаканы с водой, обработанной прототипом и заявленным предложением, опускались одновременно таблетки аспирин-упсы, которые быстро растворялись, вращаясь и шипя, при этом в стакане с водой, обработанной заявленном предложением, растворение происходило в 1,2-1,4 раза быстрее.