УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ Российский патент 1999 года по МПК C02F1/46 C25B9/00 

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.

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.

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.

Решаемой задачей заявляемого технического решения является повышение компактности и надежности за счет упрощения конструкции и снижения числа стыкуемых и уплотняемых деталей.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Устройство предназначено для электролитической обработки воды, например, анодной для получения дезинфицирующих растворов или катодной для умягчения воды. В вертикальном диафрагменном проточном электролизере, содержащем рабочую и вспомогательную камеры, последняя из которых снабжена циркуляционным контуром, внутренний электрод выполнен полым. При этом полость внутреннего электрода соединена входными и выходными отверстиями со вспомогательной камерой, образуя таким образом циркуляционный контур, заполненный вспомогательным раствором и размещенный внутри полого электрода. Кроме того, суммарная площадь выходных отверстий больше суммарной площади входных и первые могут быть выполнены тангенциальными. В результате уменьшается число коммуникаций, сопрягаемых и уплотняемых деталей. Это делает устройство более компактным, уменьшает вероятность утечек и повышает его надежность. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для электролитической обработки воды, представляющее собой вертикальный проточный диафрагменный электролизер, содержащий 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 и циркулирующего по указанному контуру, отличающееся 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. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что суммарная площадь выходных отверстий во внутреннем электроде больше суммарной площади входных отверстий. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выходные отверстия во внутреннем электроде могут быть выполнены тангенциальными.