RU2573004C2

RU2573004C2 - Установка для электрохимической активации воды

Info

Publication number: RU2573004C2
Application number: RU2014122825/05A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Леонидович Конюшков; Сергей Яковлевич Семененко; Анатолий Николаевич Лагутин; Елена Ивановна Чушкина; Марина Николаевна Кузнецова
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2016-01-20
Also published as: RU2014122825A

Abstract

Изобретение относится к области физической химии и электрохимии, а именно к техническим средствам для электрохимической активации воды с целью придания ей окислительно-восстановительных свойств. Установка для электрохимической активации воды содержит вертикально расположенные стержневой и цилиндрический электроды, трубчатую пористую диафрагму, установленную неподвижно и коаксиально при помощи втулок из диэлектрического материала, при этом трубчатая диафрагма выполнена из эластичного ультрафильтрационного материала и закреплена на цилиндрическом каркасе со сквозными прорезями, по торцам которого на наружной поверхности укреплены электроизоляционные кольца. Каркас выполнен из металла с электроизоляционным покрытием или из стеклопластика, а конструктивные параметры прорезей и каркаса удовлетворяют следующим зависимостям: Α=D·(π/n-0,1), B=(0,5-0,6)·D, C=0,1·D, Δ≥0,03·D, a n≥6, где А, В - длина по окружности и ширина прорезей, С - расстояние между прорезями, Δ - толщина стенки каркаса, n - число прорезей по окружности, D - наружный диаметр каркаса. Технический результат заключается в снижении энергозатрат процесса электрохимической активации и повышении окислительно-восстановительных свойств обработанной воды. 2 ил., 1 пр.

Description

Изобретение относится к области физической химии и электрохимии, а именно к техническим средствам для электрохимической активации воды с целью придания ей окислительно-восстановительных свойств. Такая жидкость обладает повышенной физико-химической активностью, что создает предпосылки для ее использования в сельском хозяйстве, животноводстве, медицине.

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 (В.М. Бахир и др. Электрохимическая активация: история, состояние, перспективы. Под ред. д.т.н., проф. Бахира В.М. - Μ.: АМТН РФ, ВНИИИМТ, 1999. - С.24…122).

Недостатком данного устройства является сложность изготовления тонкостенной керамической диафрагмы с ультрафильтрационными свойствами, ее хрупкость и малый объем обрабатываемой жидкости электрохимическим элементом. Увеличение производительности достигается в результате наращивания количества модульных элементов, что ведет к удорожанию, усложнению, увеличению габаритов и снижению надежности установки для электрохимической активации воды.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является установка для электрохимической активации питьевой и оросительной воды, содержащая вертикально установленные цилиндрический и стержневой электроды с трубчатой пористой диафрагмой между ними, разделяющей межэлектродное пространство на две электродные камеры - анодную и катодную, имеющих патрубки для подвода и отвода воды и смонтированными неподвижно и коаксиально совместно с диафрагмой, изолированными посредством втулок из диэлектрического материала (RU патент №2252920, МПК⁷ C02F 1/46. Установка для электрохимической активации питьевой и оросительной воды. / Карпунин В.В., Алимов А.Г., Карпунин В.В., Лагутин А.Н., Алимов А.А., Салдаев A.M., Абезин В.Г. - Заявка 2004119650/15. Заявлено 28.06.2004. Опубл. 27.05.2005. - Бюл. №15).

Недостатком известного технического решения является малая рабочая поверхность диафрагмы (менее 50% от площади всей поверхности), выполненная из нетканого материала, плотно натянутого на трубчатом полипропилене, имеющего по внешней поверхности радиальные отверстия, площадь которых определяет рабочую поверхность диафрагмы, а также увеличенный зазор между стержневым электродом и диафрагмой из-за значительной толщины стенки трубчатого полипропилена по причине его малой прочности. В связи с этим снижается качество активации воды, возрастает перепад напряжения на диафрагме, что ведет к дополнительному расходу электроэнергии.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - повышение эффективности установки для электрохимической активации воды.

Технический результат - уменьшение энергозатрат установки для электрохимической активации воды и повышение окислительно-восстановительных свойств воды в процессе электрохимической активации.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке для активации воды, содержащей вертикально расположенные стержневой и цилиндрический электроды, трубчатую пористую диафрагму, установленную неподвижно и коаксиально при помощи втулок из диэлектрического материала, согласно изобретению трубчатая диафрагма выполнена из эластичного ультрафильтрационного материала и закреплена на цилиндрическом каркасе со сквозными прорезями, по торцам которого на наружной поверхности укреплены электроизоляционные кольца, причем каркас выполнен из металла с электроизоляционным покрытием или из стеклопластика, а конструктивные параметры прорезей и каркаса удовлетворяют следующим зависимостям:

A=D-(π/n-0,1), B=(0,5…0,6)-D, C=0,1·D, Δ≥0,03·D, a n≥6,

где А, В - длина по окружности и ширина прорезей, С - расстояние между прорезями, Δ - толщина стенки каркаса, n - число прорезей по окружности, D - наружный диаметр каркаса.

Использование в качестве основания для трубчатой пористой диафрагмы каркаса, изготовленного из металла со сквозными прорезями, выполненными согласно приведенных зависимостей, позволило увеличить рабочую поверхность диафрагмы, уменьшить зазор между стержневым электродом и диафрагмой, что в совокупности повысило эффективность установки для активации воды. Трубчатый каркас играет роль изолятора диафрагмы от стержневого электрода, поэтому изготавливается с электроизоляционным покрытием, а задаваемые размеры прорезей не дают диафрагме провисать в перфорации каркаса. Зависимости по определению толщины стенки каркаса, расположения и количества прорезей подобраны с учетом обеспечения прочности и устойчивости каркаса.

Изобретение поясняется иллюстрационным материалом.

На фигуре 1 представлена установка для электрохимической активации воды, на фигуре 2 показан поперечный разрез установки.

Установка включает стержневой 1 и цилиндрический 2 электроды, трубчатую диафрагму 3, которая разделяет межэлектродное пространство на две электродные камеры 4, 5. Для подвода воды предназначены патрубки 6, 7, а для отвода - патрубки 8, 9. Коаксиальное расположение электродов 1, 2 и диафрагмы 3 обеспечивается втулками 10, 11 из диэлектрического материала, контактирующими с внутренней поверхностью трубчатого каркаса 12, на котором закреплена диафрагма 3. В трубчатом каркасе 12 выполнены сквозные прорези 13, а по торцам на наружной поверхности закреплены электроизоляционные кольца 14, 15. Герметизация электродных камер 4, 5 выполнена посредством уплотнительных колец 16, 17, 18.

Установка для электрохимической активации воды работает следующим образом. Обрабатываемая вода поступает через патрубок 6 в электродную камеру 5, а через патрубок 7 - в электродную камеру 4. При подаче постоянного напряжения на электроды 1, 2 происходит активация воды с разделением ее на анолит и католит посредством трубчатой диафрагмы 3. Активированная вода удаляется из электродной камеры 4 через патрубок 8, а из электродной камеры 5 - через патрубок 9.

Эксплуатационная надежность установки обеспечивается конструктивной связью тонкостенного со сквозными прорезями 13 трубчатого каркаса 12 и электроизоляционных колец 14, 15, расположенных по торцам на наружной поверхности трубчатого каркаса 12 и увеличивающих жесткость конструкции в зоне контакта уплотнительных колец 16 с внутренней поверхностью каркаса.

Трубчатая диафрагма изготовлена из эластичного материала на основе полиэтилена, полиэтилена с каучуком или каучука с ультрафильтрационными свойствами, применяемого в сепараторах для автомобильных батарей. Трубчатый каркас может быть изготовлен из нержавеющей стали, титана с покрытием наружной и внутренней поверхности фторопластом (фторлоном) для придания ему электроизоляционных свойств. В качестве композитного материала для каркаса возможно применение стеклопластика типа GRP, используемого в производстве труб хозяйственно-питьевого назначения, обладающего диэлектрическими свойствами и имеющего сопоставимые со сталью прочностные характеристики. Прорези в трубчатом каркасе могут быть выполнены вырубкой, фрезерованием.

ПРИМЕР

Трубчатый каркас под диафрагму выполнен из нержавеющей трубы, имеющей наружный диаметр D=40 мм. Определяем толщину стенки Δ≥0,03·40=1,2 мм. Исходя из сортамента на трубы, выбираем Δ=1,5 мм. С учетом максимальной толщины электроизоляционного покрытия толщина стенки каркаса составит 1,8 мм. Выбираем число прорезей по окружности n=6. Длина прорези по окружности А=40·(π/6-0,1)=17 мм, ширина прорези В=0,55·40=22 мм, расстояние между прорезями С=0,1·40=4 мм. Перфорация каркаса составит 69%.

При изготовлении каркаса из трубчатого полипропилена наружного диаметра D=40 мм и минимальной толщиной стенки Δ=3,7 мм с четырьмя радиальными отверстиями по окружности максимально возможного диаметра 22 мм (при расположении отверстий вплотную по внутреннему диаметру каркаса) и расстоянием до следующего ряда отверстий С=4 мм перфорация составит 46%.

Из приведенного примера следует, что в предлагаемом техническом решении рабочая поверхность мембраны увеличивается на 50%, в результате чего повышаются окислительно-восстановительные свойства обработанной воды вследствие увеличения ионообмена, уменьшается перепад напряжения на мембране по причине снижения ее электрического сопротивления, что повышает энергоэффективность установки. Уменьшение зазора между электродами в результате утонения стенки каркаса ведет к понижению напряжения активации и дополнительной экономии электроэнергии.

Приведенные данные свидетельствуют о выполнении поставленной задачи, на решение которой направлено заявленное изобретение, - повышение эффективности установки для электрохимической активации воды.

Claims

Установка для электрохимической активации воды, содержащая вертикально расположенные стержневой и цилиндрический электроды, между которыми размещена трубчатая пористая диафрагма, разделяющая межэлектродное пространство на две электродные камеры, снабженные патрубками для раздельного подвода и отвода воды, причем электроды и диафрагма закреплены взаимно неподвижно, герметично и коаксиально при помощи втулок из диэлектрического материала, отличающаяся тем, что трубчатая диафрагма выполнена из эластичного ультрафильтрационного материала и закреплена на цилиндрическом каркасе со сквозными прорезями, по торцам которого на наружной поверхности укреплены электроизоляционные кольца, причем каркас выполнен из металла с электроизоляционным покрытием или из стеклопластика, а конструктивные параметры прорезей и каркаса удовлетворяют следующим зависимостям:
A=D·(π/n-0,1), В=(0,5…0,6)D, С=0,1·D, Δ≥0,03·D, а n≥6,
где А, В - длина по окружности и ширина прорезей, С - расстояние между прорезями, Δ - толщина стенки каркаса, n - число прорезей по окружности, D - наружный диаметр каркаса.