Установка для электрохимической активации воды
WATER ELECTROCHEMICAL ACTIVATION PLANT

Изобретение относится к техническим средствам для электрохимической активации воды.
Известен электрохимический модульный элемент ПЭМ-3, содержащий вертикально установленные цилиндрический и стержневой электроды, между которыми размещена трубчатая пористая диафрагма, причем диафрагма и электроды закреплены взаимно неподвижно, герметично и коаксиально при помощи втулок из диэлектрического материала [1].
Недостатком данного устройства является сложность изготовления тонкостенной керамической диафрагмы с ультрафильтрационными свойствами, ее хрупкость и малый объем обрабатываемой жидкости электрохимическим элементом. Увеличение производительности устройства достигается наращиванием числа модульных элементов, что ведет к удорожанию, усложнению, увеличению габаритов и снижению надежности установки для электрохимической активации воды.
Известен электролизер для обработки воды, включающий корпус, разделенный диафрагмой на анодную и катодную камеры с размещенными в них анодом и катодом, при этом на поверхности электродов со стороны межэлектродного пространства установлены вертикальные ребра, прижимающие диафрагму к поверхности противоположного электрода [2].
К недостаткам данного устройства относятся сложность конструкции, несимметричная форма сечения электродных камер, выполненная в виде прямоугольного треугольника, которая является причиной неравномерного перемещения обрабатываемой жидкости по поверхности электродов, что ведет к образованию застойных зон, увеличению потерь, связанных с нагревом обрабатываемой жидкости, а в итоге - к снижению эффективности процесса активации.
Наиболее близким аналогом к заявленному объекту изобретения является установка для электрохимической активации воды, содержащая вертикально расположенные наружный и внутренний электроды, между которыми на электроизоляционном каркасе со сквозными прорезями размещена диафрагма из эластичного ультрафильтрационного материала, разделяющая межэлектродное пространство на две электродные камеры, снабженные патрубками для раздельного подвода и отвода воды, источник тока, соединенный с электродами, причем электроды закреплены взаимно неподвижно, герметично и коаксиально при помощи втулок из диэлектрического материала [3]. Известная установка имеет увеличенную рабочую поверхность диафрагмы за счет оптимизированной перфорации электроизоляционного каркаса под диафрагму.
Недостатком известного технического решения является частичное использование поверхности диафрагмы (менее 70% от площади всей поверхности) в ионообменных процессах и увеличенный зазор между стержневым электродом и диафрагмой из-за наличия каркаса под диафрагму, что ведет к электролизу дополнительного объема жидкости, находящегося в отверстиях каркаса. В связи с этим возрастает напряжение на электродах и увеличиваются потери электроэнергии.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, -повышение эффективности установки для электрохимической активации воды.
Технический результат - уменьшение энергозатрат установки для электрохимической активации воды.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке для активации воды, содержащей вертикально расположенные наружный и внутренний электроды, диафрагму из эластичного ультрафильтрационного материала, разделяющую межэлектродное пространство на электродные камеры, магистрали для подачи и отвода воды, источник тока, соединенный с электродами, согласно изобретению
наружный электрод выполнен в форме трубы квадратного сечения с концевыми частями в виде полых колец, имеет в каждом кольце отверстие для прохода воды, а внутренняя полость трубы поделена на секции, закрепленными по углам квадратного сечения продольными уплотнениями из эластичного диэлектрического материала, внутренний электрод выполнен в форме трубы, имеет жестко скрепленные с ним токопроводящие пластины, снабженные в верхней и в нижней части радиальными отверстиями во внутреннюю полость трубы для прохода воды, вертикальные ребра из электроизоляционного материала, установленные неподвижно и герметично между пластинами и в одной плоскости с продольными уплотнениями, вставки из диэлектрического материала, имеющие квадратный наружный профиль, уплотнительное кольцо на внутренней цилиндрической поверхности и пазы на сопрягаемой с ребрами боковой поверхности, посредством которых вставки скреплены с ребрами, при этом диафрагма закреплена на наружной поверхности вставок, расположена между продольными уплотнениями и кромками вертикальных ребер, а толщина продольных уплотнений превышает величину зазора между внутренней поверхностью квадратной трубы и кромками ребер на величину упругой деформации, достаточной для уплотнения прилегающих к диафрагме поверхностей.
Использование в предложенной установке внутреннего электрода трубчатой формы с закрепленными токопроводящими пластинами и размещенными между пластинами вертикальными ребрами из электроизоляционного материала, а также установка ребер в одной плоскости с продольными уплотнениями из эластичного диэлектрического материала, расположенными на внутренней поверхности по углам трубы квадратного сечения, примененной в качестве наружного электрода, позволяет разделить электродные камеры на секции, установить между продольными уплотнениями и ребрами диафрагму из эластичного материала, исключив необходимость применения каркаса под диафрагму, и, как следствие,
уменьшить расстояние между электродами, использовать в ионообменном процессе всю поверхность диафрагмы, расположенную между электродами, что повышает эффективность установки для активации воды.
Изобретение поясняется иллюстрационным материалом.
На фигуре 1 представлена установка для электрохимической активации воды, на фигуре 2 показан поперечный разрез установки.
Установка включает наружный электрод 1 с трубчатой квадратной средней частью 2 и концевыми частями 3, 4 в виде полых колец с отверстиями, внутренний электрод 5, втулки 6 из диэлектрического материала, гайки 7 для скрепления установки. Герметизацию зон контакта между втулками 6 и электродами 1, 5 выполняют уплотнительные кольца 8, 9. Внутренний электрод 5 имеет форму трубы с перегородкой 10, разделяющей внутреннюю полость трубы на две части, а на наружной поверхности закреплены неподвижно пластины 11 из токопроводящего материала, между которыми установлены вертикальные ребра 12 из электроизоляционного материала. На электроде 5 расположены вставки 13 из диэлектрического материала с уплотнительным кольцом 14 на внутренней поверхности и пазами 15 на боковой поверхности, посредством которых вставки соединены с ребрами 12. Диафрагма 16 закреплена на вставках 13, разделяет межэлектродное пространство на электродные камеры 17, 18, каждая из которых состоит из четырех секций, образованных ребрами 12, и продольными уплотнениями 19, размещенными на внутренней поверхности по углам трубы квадратного сечения средней части 2 наружного электрода 1. Для подачи воды в электродную камеру 17 служит магистраль 20, а для отвода - магистраль 21. Подача воды в электродную камеру 18 осуществляется магистралью 22, внутренней полостью трубы 23 электрода 5, радиальными отверстиями 24, а отвод - радиальными отверстиями 25, внутренней полостью трубы 26, магистралью 27.
В качестве материала для вертикальных ребер возможно применение стеклопластика, а для продольных уплотнений - резинового уплотнителя.
Диафрагма изготовлена из эластичного материала с ультрафильтрационными свойствами на основе полиэтилена, полиэтилена с каучуком или каучука. Наружный и внутренний электроды могут быть изготовлены из нержавеющей стали, титана.
Установка для электрохимической активации воды работает следующим образом. Обрабатываемая вода подается из магистрали 20 в полую кольцевую часть 3 наружного электрода 1 и далее в электродную камеру 17, разделенную на секции продольными уплотнениями 19, а из магистрали 22, через внутреннюю полость трубы 23 и радиальные отверстия 24 - в электродную камеру 18, которая разделена на секции продольными ребрами 12. При подаче постоянного напряжения на электроды 1, 5 в секциях электродных камер 17, 18, разделенных диафрагмой 16, происходят электрохимические реакции с образованием анолита (в камере, примыкающей к электроду с положительным потенциалом) и католита (в камере, образованной электродом с отрицательным потенциалом). Продукты электрохимических реакций отводятся из электродной камеры 17 через полую кольцевую часть 4 наружного электрода 1 и магистраль 21, а из электродной камеры 18 через радиальные отверстия 25, внутреннюю полость трубы 26, магистраль 27.
Применение в установке системы подачи и отвода жидкости через кольца, расположенные в концевых частях 3, 4 наружного электрода 1, внутренние полости трубы 23, 26 внутреннего электрода 5 с симметрично расположенными отверстиями 24, 25, обеспечивает равномерное перемещение жидкости в камерах 17, 18.
Эксплуатационная надежность установки обеспечивается уплотнением прилегающих к диафрагме поверхностей силой упругой деформации продольных уплотнений из эластичного материала, которая образуется за счет превышения толщины уплотнения над величиной зазора между внутренней поверхностью квадратной трубы наружного электрода и кромкой вертикальных ребер.
Приведенные данные свидетельствуют о выполнении поставленной задачи, на решение которой направлено заявленное изобретение, - повышение эффективности установки для активации воды.
Источники информации, использованные при составлении описания изобретения:
1. В.М. Бахир и др. Электрохимическая активация: история, состояние, перспективы. Под ред. д.т.н., проф. Бахира В.М. - М.: АМТН РФ, ВНИИИМТ, 1999. - С. 24…122).
3
2. А.с.1468867 SU, МКИ C02F 1/46. Электролизер для обработки воды / Рогов В.М. и др. - №4211825/23-26; заявл. 18.03.1987; опубл. 30.03.1989, Бюл. №12.
3. Пат. 2573004 RU, МПК C02F 1/46. Установка для электрохимической активации воды / Конюшков А.Л. и др. - №2014122825/05; заявл. 04.06.2014; опубл. 20.01.2016, Бюл. №2.