RU2132821C1

RU2132821C1 - Electrolytic water treatment device

Info

Publication number: RU2132821C1
Application number: RU97110693A
Authority: RU
Inventors: А.Ю. Попов; Д.А. Попов
Original assignee: Стерилокс Текнолоджиз, Инк.
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 1999-07-10
Also published as: AU8223998A; WO1998058880A1

Abstract

FIELD: production of disinfecting solutions by anodic water treatment or water softening by its cathodic treatment. SUBSTANCE: vertical diaphragm flow electrolyzer incorporating working and auxiliary chambers, the latter being provided with circulating loop, has hollow inner electrode. Hollow space of the latter communicates with auxiliary chamber thereby forming circulating loop filled with auxiliary solution and placed inside hollow electrode. In addition, total area of outlet holes is greater than that of inlet ones; the former may be of tangential shape. All these measures provide for reducing number of service lines, joined and sealed parts. EFFECT: improved compactness and reliability of device, reduced leakage probability. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электролитической обработки воды и водных растворов солей с целью изменения их окислительных и восстановительных свойств и может быть использовано для получения дезинфицирующих растворов, катодного умягчения воды и пр. The invention relates to the field of electrolytic treatment of water and aqueous solutions of salts in order to change their oxidizing and reducing properties and can be used to obtain disinfectant solutions, cathodic softening of water, etc.

Известна система для электролитической обработки жидкости (Европейский патент N 0394232 B1, МКИ C 02 F 1/46), представляющая собой электролизер, в котором внутри трубчатого анода расположен трубчатый катод. Внутри последнего расположен еще один анод, выполненный в виде стержня. Аноды и катод разделены между собой диэлектрическими спиральными элементами. Такое исполнение делает устройство компактным, т.к. вода подвергается электролитической обработке в двух электролизерах, расположенных один в другом. A known system for the electrolytic treatment of liquids (European patent N 0394232 B1, MKI C 02 F 1/46), which is an electrolyzer in which a tubular cathode is located inside the tubular anode. Inside the latter is another anode made in the form of a rod. The anodes and cathode are separated by dielectric spiral elements. This design makes the device compact, because water is subjected to electrolytic treatment in two electrolysis cells located one in the other.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для электролитической обработки воды (патент Великобритании N 2253860, МКИ C 02 F 1/46). Известное устройство содержит вертикально расположенный проточный диафрагменный электролизер, состоящий из трубчатого наружного электрода, внутрь которого коаксиально вставлен стержневой электрод. Между электродами, также коаксиально, расположена полупроницаемая керамическая диафрагма, разделяющая межэлектродное пространство на две электродные камеры, одна из которых является рабочей, а другая вспомогательной. Причем электродные камеры герметично отделены одна от другой эластичными прокладками и имеют входные отверстия в нижней части и выходные в верхней. Вспомогательная камера снабжена циркуляционным контуром, образованным трубопроводами, соединяющимися с емкостью, установленной в верхней части электролизера и снабженной газоотделительным клапаном. В процессе работы электролизера обрабатываемая вода подается в рабочую камеру под давлением выше, чем давление воды во вспомогательной камере, Последняя заполняется вспомогательным раствором, например высокоминерализованной водой, которая под действием газлифта, вызванного электролизными газами, образовавшимися во вспомогательной камере, поднимается в верхнюю часть последней, выходят из нее вместе с газами через выходное отверстие и по соединительному трубопроводу поступает в упомянутую емкость. В ней происходит расширение потока, газы отделяются от жидкости и через газоотделительный клапан выходят в атмосферу, а жидкость из емкости по соединительному трубопроводу опускается вниз и поступает во входное отверстие вспомогательной камеры, где под действием газлифта опять увлекается вверх. Т.о. вспомогательный раствор циркулирует по замкнутому контуру. Его подпитка осуществляется фильтрационным потоком воды, поступающим из рабочей камеры через полупроницаемую керамическую диафрагму. Избыток вспомогательного раствора удаляется с помощью газоотделительного клапана или сливается из вышеупомянутой емкости. Недостатками известного устройства является его громоздкость, большое количество стыкуемых и уплотняемых деталей и, следовательно, низкая надежность из-за возможности возникновения утечек. Closest to the claimed technical solution is a device for electrolytic water treatment (UK patent N 2253860, MKI C 02 F 1/46). The known device contains a vertically located flowing diaphragm electrolyzer, consisting of a tubular outer electrode, into which a rod electrode is coaxially inserted. Between the electrodes, also coaxially, is a semipermeable ceramic diaphragm that divides the interelectrode space into two electrode chambers, one of which is the working chamber and the other is auxiliary. Moreover, the electrode chambers are hermetically separated from one another by elastic gaskets and have inlets at the bottom and outputs at the top. The auxiliary chamber is equipped with a circulation circuit formed by pipelines connected to a tank installed in the upper part of the electrolyzer and equipped with a gas separation valve. During the operation of the electrolyzer, the treated water is supplied to the working chamber at a pressure higher than the pressure of the water in the auxiliary chamber. The latter is filled with an auxiliary solution, for example, highly mineralized water, which rises to the upper part of the latter under the action of gas lift caused by electrolysis gases formed in the auxiliary chamber. exit it together with the gases through the outlet and through the connecting pipe enters the aforementioned tank. It expands the flow, the gases are separated from the liquid and through the gas separation valve enter the atmosphere, and the liquid from the tank goes down through the connecting pipe and enters the inlet of the auxiliary chamber, where it is again carried up by the gas lift. T.O. auxiliary solution circulates in a closed circuit. Its recharge is carried out by a filtration stream of water coming from the working chamber through a semi-permeable ceramic diaphragm. Excess auxiliary solution is removed using a gas separation valve or drained from the aforementioned container. The disadvantages of the known device is its bulkiness, a large number of joined and sealed parts and, therefore, low reliability due to the possibility of leaks.

Решаемой задачей заявляемого технического решения является повышение компактности и надежности за счет упрощения конструкции и снижения числа стыкуемых и уплотняемых деталей. The solved problem of the proposed technical solution is to increase compactness and reliability by simplifying the design and reducing the number of joined and sealed parts.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что заявляемое устройство для электролитической обработки воды, представляющее собой вертикальный проточный диафрагменный электролизер и содержащее наружный трубчатый электрод, внутри которого коаксиально расположен внутренний электрод, между электродами коаксиально помещена трубчатая полупроницаемая керамическая диафрагма, разделяющая межэлектродное пространство на внутреннюю и внешнюю электродные камеры, которые герметично отделены одна от другой эластичными прокладками, причем одна из камер является рабочей и присоединена к трубопроводам подвода и отвода обрабатываемой воды, а вторая - вспомогательной, последняя снабжена циркуляционным контуром, содержащим подводящий и отводящий трубопроводы, служащие для подвода и отвода вспомогательного раствора, заполняющего вспомогательную камеру, характеризуется тем, что рабочей камерой является внешняя электродная камера, а вспомогательной - внутренняя, при этом внутренний электрод выполнен в виде полого цилиндра, который в нижней части связан своей полостью с подводящим, а в верхней части - с отводящим трубопроводами вспомогательного раствора и имеет входные и выходные отверстия, соединяющие полость внутреннего электрода со вспомогательной камерой с образованием циркуляционного контура, заполненного вспомогательным раствором. При этом суммарная площадь выходных отверстий во внутреннем электроде может быть больше, чем входных. Кроме того, выходные отверстия могут быть выполнены тангенциальными. The solution to this problem is achieved due to the fact that the inventive device for electrolytic water treatment, which is a vertical flow diaphragm electrolyzer and containing an outer tubular electrode, inside of which an inner electrode is coaxially located, a tubular semipermeable ceramic diaphragm is coaxially placed between the electrodes, separating the interelectrode space into the inner and external electrode chambers that are hermetically separated from one another by elastic gaskets, moreover, one of the chambers is working and connected to the pipelines for supplying and discharging the treated water, and the second is auxiliary, the latter is equipped with a circulation circuit containing inlet and outlet pipelines, which serve for supplying and discharging the auxiliary solution filling the auxiliary chamber, characterized in that the working chamber is an external electrode chamber, and an auxiliary one is an internal one, while the internal electrode is made in the form of a hollow cylinder, which in its lower part is connected with its cavity to inlet, and in the upper part - with the outlet pipes of the auxiliary solution and has inlet and outlet openings connecting the cavity of the internal electrode with the auxiliary chamber with the formation of a circulation circuit filled with the auxiliary solution. In this case, the total area of the outlet openings in the inner electrode may be larger than the inlet ones. In addition, the outlet openings may be tangential.

Заявляемое устройство иллюстрируется чертежом, на котором показано его продольное сечение. Оно состоит из наружного трубчатого электрода 1, коаксиально размещенного в нем внутреннего полого электрода 2 с полостью 3, также коаксиально установленной между ними полупроницаемой керамической диафрагмы 4. Последняя образует с наружным электродом 1 рабочую камеру 5, а с внутренним электродом 2 - вспомогательную камеру 6, причем эти камеры герметично изолированы одна от другой эластичными прокладками 7. В стенке наружного электрода 1 выполнены входные отверстия 8 для подачи воды в рабочую камеру 5 (входные отверстия 8 расположены в нижней части наружного электрода 1). Выходные отверстия 9 выполнены в верхней части наружного электрода 1 и служат для отвода из рабочей камеры 5 обработанной воды. Внутренний электрод 2 также имеет входные отверстия 10 (в нижней части) и выходные 11 (в верхней). Первые служат для подвода вспомогательного раствора во вспомогательную камеру 6, а вторые - для отвода из нее обработанного вспомогательного раствора. Наружный электрод 1 установлен в диэлектрических колодках 12 и 13. В нижней колодке 12 установлен штуцер 14 для подачи воды в рабочую камеру 5 через входное отверстие 8. К штуцеру 14 присоединен подводящий трубопровод (не показан), служащий для подвода к электролизеру обрабатываемой воды. В верхней колодке 13 установлен штуцер 15 для отвода обработанной воды из рабочей камеры 5 через выходные отверстия 9. К штуцеру 15 присоединен отводящий трубопровод (не показан), служащий для отвода обработанной воды из электролизера. Штуцеры 14 и 15 герметично уплотнены эластичными прокладками 16. Внутренний электрод 2 установлен в диэлектрических втулках 17 (нижней) и 18 (верхней). на торцах внутреннего электрода 2 установлены штуцеры 19 (входной) и 20 (выходной), которые герметично уплотненны эластичными прокладками 21. Штуцер 19 служит для подвода вспомогательного раствора в полость 3 внутреннего электрода 2. К штуцеру 19 присоединен подводящий трубопровод вспомогательного раствора (не показан), служащий для подачи последнего в электролизер. К штуцеру 20 присоединен отводящий трубопровод вспомогательного раствора (не показан), служащий для отвода из электролизера обработанного вспомогательного раствора и электролизных газов. Для герметизации рабочей камеры 5 и вспомогательной камеры 6 устройство снабжено эластичными прокладками 22 и 23, соответственно. Для подключения к источнику постоянного тока (не показан) электролизер снабжен электрическими клеммами 24 и 25, установленными на наружный 1 и внутренний 2 электроды, соответственно. The inventive device is illustrated in the drawing, which shows its longitudinal section. It consists of an outer tubular electrode 1, a hollow inner electrode 2 with a cavity 3 coaxially placed therein, also a semi-permeable ceramic diaphragm 4 coaxially mounted between them. The latter forms a working chamber 5 with the outer electrode 1, and an auxiliary chamber 6 with the inner electrode 2, moreover, these chambers are hermetically isolated from one another by elastic gaskets 7. In the wall of the outer electrode 1 there are inlet openings 8 for supplying water to the working chamber 5 (inlet openings 8 are located in the lower part STI outer electrode 1). The outlet holes 9 are made in the upper part of the outer electrode 1 and are used to drain treated water from the working chamber 5. The inner electrode 2 also has inlet 10 (at the bottom) and output 11 (at the top). The first serve to supply the auxiliary solution to the auxiliary chamber 6, and the second to drain the treated auxiliary solution from it. The outer electrode 1 is installed in the dielectric blocks 12 and 13. In the lower block 12, a fitting 14 is installed for supplying water to the working chamber 5 through the inlet 8. A supply pipe (not shown) is connected to the fitting 14, which serves to supply the treated water to the electrolyzer. In the upper block 13, a fitting 15 is installed for draining the treated water from the working chamber 5 through the outlet openings 9. A discharge pipe (not shown) is connected to the fitting 15, which serves to drain the treated water from the electrolyzer. The fittings 14 and 15 are hermetically sealed with elastic gaskets 16. The inner electrode 2 is installed in the dielectric bushings 17 (lower) and 18 (upper). on the ends of the inner electrode 2 there are mounted fittings 19 (input) and 20 (output), which are hermetically sealed with elastic gaskets 21. The fitting 19 serves to supply an auxiliary solution to the cavity 3 of the internal electrode 2. An auxiliary solution supply pipe (not shown) is connected to the fitting 19 serving to supply the latter to the cell. An outlet pipe of an auxiliary solution (not shown) is connected to the fitting 20, which serves to drain the treated auxiliary solution and electrolysis gases from the electrolyzer. To seal the working chamber 5 and the auxiliary chamber 6, the device is equipped with elastic gaskets 22 and 23, respectively. To connect to a direct current source (not shown), the electrolyzer is equipped with electrical terminals 24 and 25 mounted on the outer 1 and inner 2 electrodes, respectively.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Через входной штуцер 14 и входное отверстие 8 обрабатываемая вода подается в рабочую камеру 5 и заполняет ее. Через входной штуцер вспомогательного раствора 19 последний подается в полость 3 внутреннего электрода 2 и через входные отверстия 10 поступает во вспомогательную камеру 6 и заполняет ее. После этого подачу вспомогательного раствора прекращают или уменьшают до минимума. Давление воды, протекающей через рабочую камеру 5, устанавливают выше, чем давление вспомогательного раствора во вспомогательной камере 6. От источника постоянного тока подается напряжение на клеммы 24 и 25. Электрическая цепь замыкается, между электродами протекает электрический ток, который вызывает электролитическую обработку воды в рабочей камере 5. Пройдя последнюю, обработанная вода через выходное отверстие 9 и выходной штуцер 15 выходит из электролизера. Вспомогательный раствор увлекается поднимающимися вверх пузырьками электролизных газов (газлифт) в верхнюю часть вспомогательной камеры 6 и вместе с электролизными газами выходит из нее через выходные отверстия 11 в полость 3 внутреннего электрода 2. В полости 3 происходит расширение потока, электролизные газы отделяются от вспомогательного раствора и выходят из электролизера через выходной штуцер 20. Отделившийся вспомогательный раствор опускается вниз к входным отверстиям 10 и под действием разрежения, создаваемого описанным выше газлифтом, увлекается через них во вспомогательную камеру 6. Таким образом происходит циркуляция вспомогательного раствора по замкнутому контуру, образованному вспомогательной камерой 6, выходными отверстиями 11, полостью 3 внутреннего электрода 2 и входными отверстиями 10. Подпитка объема вспомогательного раствора (в случае перекрытой подачи последнего) осуществляется за счет фильтрационного потока воды, поступающего из рабочей камеры 5 через полупроницаемую диафрагму 3 во вспомогательную камеру 6. Избыток вспомогательного раствора удаляется из электролизера через выходной штуцер 20 вместе с электролизными газами. Если необходима замена или дополнительная подпитка вспомогательного раствора, то его вводят в электролизер через входной штуцер 19. The inventive device operates as follows. Through the inlet fitting 14 and inlet 8, the treated water is supplied to the working chamber 5 and fills it. Through the inlet fitting of the auxiliary solution 19, the latter is fed into the cavity 3 of the inner electrode 2 and through the inlet 10 enters the auxiliary chamber 6 and fills it. After that, the supply of the auxiliary solution is stopped or reduced to a minimum. The pressure of the water flowing through the working chamber 5 is set higher than the pressure of the auxiliary solution in the auxiliary chamber 6. A voltage is supplied to the terminals 24 and 25 from the DC source. The electric circuit is closed, an electric current flows between the electrodes, which causes electrolytic treatment of the water in the working chamber 5. After passing the last, the treated water through the outlet 9 and the outlet fitting 15 exits the cell. The auxiliary solution is carried away by the rising bubbles of electrolysis gases (gas lift) to the upper part of the auxiliary chamber 6 and together with the electrolysis gases leaves it through the outlet openings 11 into the cavity 3 of the inner electrode 2. In the cavity 3, the flow expands, the electrolysis gases are separated from the auxiliary solution and exit the electrolyzer through the outlet fitting 20. The separated auxiliary solution is lowered down to the inlet 10 and under the influence of the vacuum created by the above gas it is carried away through them into the auxiliary chamber 6. Thus, the auxiliary solution circulates in a closed circuit formed by the auxiliary chamber 6, the outlet holes 11, the cavity 3 of the inner electrode 2 and the inlet holes 10. Replenishment of the volume of the auxiliary solution (in the case of a blocked supply of the latter) carried out by the filtration flow of water coming from the working chamber 5 through a semipermeable diaphragm 3 into the auxiliary chamber 6. The excess of the auxiliary solution is removed I am from the cell through the outlet fitting 20 together with the electrolysis gases. If replacement or additional replenishment of the auxiliary solution is necessary, then it is introduced into the electrolyzer through the inlet fitting 19.

В связи с тем, что вследствие образования электролизных газов объем выходящей из вспомогательной камеры 6 газожидкостной смеси больше объема входящего в нее вспомогательного раствора, суммарная площадь выходных отверстий 11 может быть больше, чем суммарная площадь входных отверстий 10. Due to the fact that due to the formation of electrolysis gases, the volume of the gas-liquid mixture leaving the auxiliary chamber 6 is larger than the volume of the auxiliary solution entering it, the total area of the outlet openings 11 may be larger than the total area of the inlet openings 10.

Для лучшего отделения электролизных газов от вспомогательного раствора, происходящего в полости 3 вспомогательного электрода 2, выходные отверстия 11 могут быть выполнены тангенциальными. Такое исполнение придает закрутку выходящей из вспомогательной камеры 6 газожидкостной смеси относительно продольной оси электролизера. При этом жидкость, за счет центробежных сил, отбрасывается к стенке внутреннего электрода 2, а газы концентрируются около оси и через выходной штуцер 20 удаляются из электролизера. In order to better separate the electrolysis gases from the auxiliary solution occurring in the cavity 3 of the auxiliary electrode 2, the outlet openings 11 can be made tangential. This design gives a twist emerging from the auxiliary chamber 6 of the gas-liquid mixture relative to the longitudinal axis of the cell. In this case, the liquid, due to centrifugal forces, is thrown to the wall of the inner electrode 2, and the gases are concentrated near the axis and are removed from the cell through the outlet fitting 20.

В заявляемом устройстве наружный электрод является анодом, а внутренний - катодом, в том случае, когда целью обработки воды является получение, например, дезинфицирующего раствора. В этом случае в качестве вспомогательного раствора используется насыщенный раствор хлорида натрия. Приведенным примером не исчерпывается область заявляемого устройства, так как оно может быть использовано и в других технологических процессах электролитической обработки воды, например, для катодного умягчения воды. In the inventive device, the outer electrode is the anode, and the inner is the cathode, in the case when the purpose of the water treatment is to obtain, for example, a disinfectant solution. In this case, a saturated solution of sodium chloride is used as an auxiliary solution. The above example does not exhaust the scope of the claimed device, since it can be used in other technological processes of electrolytic treatment of water, for example, for cathodic softening of water.

Заявляемое техническое решение является более компактным, чем устройство-прототип, имеет меньшее число сопрягаемых и уплотняемых деталей и, следовательно, является более надежным. Это достигается за счет того, что емкость циркуляционного контура помещена внутрь полого электрода, а, соединяющие ее с вспомогательной камерой трубопроводы, заменены отверстиями в стенке внутреннего электрода. The claimed technical solution is more compact than the prototype device, has fewer mating and sealed parts and, therefore, is more reliable. This is achieved due to the fact that the capacity of the circulation circuit is placed inside the hollow electrode, and the pipelines connecting it to the auxiliary chamber are replaced by holes in the wall of the inner electrode.

Claims

1. Device for electrolytic water treatment, which is a vertical flowing diaphragm electrolyzer containing an outer tubular electrode, inside of which an inner electrode is coaxially located, a semi-permeable ceramic diaphragm is coaxially placed between the electrodes, dividing the interelectrode space into the inner and outer electrode chambers, which are hermetically separated by one from the other with elastic gaskets, one of the chambers being working and attached to the pipeline inlet and outlet of the treated water, and the second - auxiliary, the latter is equipped with a circulation circuit containing inlet and outlet pipelines serving to supply and drain the auxiliary solution filling the auxiliary chamber and circulating along the specified circuit, characterized in that the working chamber is an external electrode chamber, and the auxiliary one is internal, while the internal electrode is made in the form of a hollow cylinder, which in the lower part is connected by its cavity with the inlet, and in the upper part - with the outlet pipes of the auxiliary solution and has inlet and outlet openings connecting the cavity of the internal electrode with the auxiliary chamber with the formation of a circulation circuit filled with the auxiliary solution.

2. The device according to claim 1, characterized in that the total area of the outlet openings in the inner electrode is greater than the total area of the inlet openings.

3. The device according to claim 1, characterized in that the outlet openings in the inner electrode can be made tangential.