УСТАНОВКА ДЛЯ АКТИВАЦИИ ВОДЫ Российский патент 2009 года по МПК C02F1/46 

Изобретение относится к технологии повышения биологической активности, энергии и жизненной силы воды путем ее электровихревой обработки, используемой для питьевых целей, промышленности, медицине и орошении сельскохозяйственных культур с возможностью регулирования окислительно-восстановительных свойств.

Известен электролизер для обработки воды, содержащий корпус, разделенный диафрагмой на анодную и катодную камеры с размещенными в них перфорированными электродами, прижатыми к диафрагме, при этом поверхность электродов, обращенная к диафрагме, покрыта электроизоляционным материалом, а перфорация электродов выполнена соосно (SU, авторское свидетельство №882944 А, М.Кл. C02F 1/46).

К недостаткам известного устройства относятся низкая производительность, отсутствие возможности получения непрерывного потока активированной воды, а также отсутствие возможности регулирования количества воды с заданным потенциалом и жизненной силой.

Известно также устройство для электрохимической обработки жидкости, содержащее диэлектрический корпус, разделенный диафрагмой на анодную и катодную камеры с размещенными в них соответственно анодом и катодом, подключенным к источнику постоянного тока, при этом электродные камеры соединены переточным каналом, вход которого расположен в катодной камере у ее дна вблизи диафрагмы, а выход - в анодной камере у верхнего края электрода, причем в канале у его концов установлены сетчатые электроды, соединенные с дополнительным источником постоянного тока так, что сетчатый электрод у входа канала является катодом, а у выхода - анодом, и отрицательный полюс дополнительного источника тока соединен с положительным полюсом основного, а переточный канал выполнен в корпусе устройства (SU, авторское свидетельство №1634643 А1, МПК⁵ C02F 1/46).

К недостаткам данного устройства относятся повышенные энергозатраты на обработку воды из-за того, что часть электроэнергии непроизводительно тратится на электролиз прослойки воды, находящейся между электродами, низкая производительность устройства, невозможность получения непрерывного потока активированной воды, отсутствие возможности регулирования расхода воды с заданным потенциалом и жизненной силой.

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, причем на аноде и катоде ребра установлены в чередующемся порядке и выполнены из токопроводящего материала (SU, авторское свидетельство №1468867 А1, МПК⁴ C02F 1/46).

К недостаткам этого устройства относятся сложность конструкции, отсутствие возможности регулирования расхода воды, протекающей через катодные и анодные камеры, и создания заданного потенциала и жизненной силы подаваемой воде на орошение.

Известна установка для электрохимической активации оросительной воды, преимущественно для систем капельного орошения, содержащая корпус, разделенный перегородками на анодные и катодные камеры с размещенными в них анодами и катодами и снабженные патрубками для раздельного отвода обработанной воды с отрицательным и положительным потенциалами, при этом катодные и анодные камеры разделены полупроницаемыми перегородками в виде гофр, выполненными в вертикальной плоскости с высотой, равной расстоянию между катодом и анодом, при этом катодные и анодные камеры размещены в диэлектрическом корпусе и снабжены общим водоподводящим трубопроводом, а патрубки для отвода воды снабжены вентилями для изменения величины расхода активированной воды (RU, патент №2224722, МПК⁷ C02F 1/46).

К недостаткам данной установки относятся повышенные затраты электрической энергии и низкая эффективность электрохимической обработки из-за ламинарного потока обрабатываемой воды и недостаточного контакта частиц потока с электродами.

Наиболее близким аналогом к заявленному объекту является устройство для электрохимической активации воды и водных растворов, включающее коаксиально расположенные положительно и отрицательно заряженные электроды, полупроницаемую диафрагму между ними, нижнюю и верхнюю коллекторные головки с гидравлическими каналами, стягиваемыми резьбовым соединением, при этом установленный вертикально и выполняющий функции корпуса отрицательно заряженный электрод имеет форму полого цилиндра с винтовой канавкой на внутренней поверхности, положительно заряженный электрод в виде стержня имеет винтовую канавку и резьбовые наконечники, шаг винтовой канавки на стержне выполнен равным шагу винтовой канавки отрицательного заряженного электрода, при этом разделенные цилиндрическим сепаратором из микропористой пластмассы выступы винтовой канавки стержня расположены напротив впадин винтовой канавки отрицательно заряженного электрода, а длина винтовой канавки положительного электрода меньше длины винтовой канавки отрицательного электрода (RU, патент №2277070, МПК C02F 1/46).

К недостаткам устройства относятся повышенный расход электроэнергии на активацию воды, значительные гидравлические сопротивления и сложность конструкции, недостаточная площадь контакта потока воды с электродами. Кроме того, поток движется по винтовой канавке, а вихревое движение в потоке отсутствует.

Ранжит Моханти в своей книге (Моханти Р. Лечебная сила воды. Секреты индийских мудрецов. - СПб: Питер, 2006, - 128 с.: ил.) утверждает, что для преобразования мертвой воды необходимы две стадии:

1. Подвергните воду вихревому движению. Это нужно, чтобы она изменила структуру.

2. Намагнитите ее, чтобы повысить ее энергетический уровень.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение эффективности активации воды, снижение потребления энергии на обработку и повышение биологической активности, жизненной силы и коэффициента полезного действия.

Технический результат - упрощение конструкции и повышение коэффициента полезного действия установки для активации воды.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке для активации воды, включающей коаксиально расположенные электроды, между которыми размещена полупроницаемая обечайка из микропористой пластмассы, при этом установленный вертикально и выполняющий функции корпуса электрод выполнен в виде отрезка трубы с присоединительными входным и выходным резьбовыми наконечниками, а расположенный внутри корпуса и отделенный от него полупроницаемой обечайкой электрод выполнен в виде отрезка трубы с винтовой направляющей во внутренней полости с левосторонней навивкой, при этом высота навивки составляет 0,35…0,4d_вн, где d_вн - внутренней диаметр электрода, расположенного внутри корпуса, для подвода электрического потенциала к наружному электроду, выполняющему функции корпуса, предусмотрена токопроводящая шина, а для подвода электрического потенциала к расположенному внутри корпуса электроду предусмотрен проводник с токопроводящей шиной, отделенный от корпуса диэлектрической втулкой, наружный и внутренний электроды выполнены из титана, снаружи установка для активации воды закрыта диэлектрическим кожухом, перед входной частью внутреннего электрода установлен конический рассекатель потока с винтовыми направляющими лопастями, имеющими левостороннюю навивку, при этом высота конуса равна 0,65…0,7d_вн, угол конусности равен 25…30°, подводящий трубопровод выполнен из диэлектрического материала и сопряжен с внутренней полостью внутреннего электрода по радиусу r=0,25…0,3d_вн, диэлектрический кожух закреплен к подводящему трубопроводу с помощью хомута, установка снабжена переключателем потенциалов электродов.

Изобретение поясняется чертежом.

На схеме показана установка для активации воды, поперечный разрез.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.

Установка для активации воды включает электрод 1, выполняющий функции корпуса и имеющий присоединительный входной резьбовой наконечник 2. При этом корпус 1 выполнен в виде отрезка трубы из титана. Внутри корпуса 1, отделенный от него полупроницаемой обечайкой 3 из микропористой пластмассы, установлен электрод 4 с винтовой направляющей 5, имеющей левостороннюю навивку. Материал электрода 4 и направляющей 5 - титан. На наружной поверхности электрода 1 предусмотрена токоподводящая шина 6. Для подвода электрического потенциала к электроду 4 выполнен токопровод 7, изолированный от корпуса 1 диэлектрической втулкой 8. Выходная полость корпуса 1 имеет присоединительный резьбовой наконечник 9. Снаружи установка для активации воды закрыта диэлектрическим кожухом 10. Винтовая направляющая 5 с левосторонней навивкой выполнена высотой 0,35…0,4d_вн, где d_вн - внутренней диаметр электрода 4, расположенного внутри корпуса. Перед входной частью электрода 4 установлен конический рассекатель 11 потока с винтовыми направляющими лопастями 12, имеющими левостороннюю навивку, при этом высота конического рассекателя 11 равна 0,65…0,7 d_вн, где d_вн - внутренней диаметр электрода 4. Угол конусности рассекателя 11 равен 25…30°. Подводящий трубопровод 13 выполнен из диэлектрического материала и сопряжен с внутренней полостью электрода 4 по радиусу r=0,25…0,3d_вн. За направляющими лопастями 12 конический рассекатель 11 имеет обратный конус 14. Направляющие лопасти 12 сопряжены с винтовой направляющей 5 и закреплены к ней. Диэлектрический кожух 10 закреплен к подводящему трубопроводу 13 с помощью хомута 15.

Установка для активации воды работает следующим образом.

Перед началом работы установка с помощью присоединительного резьбового наконечника 2 подключается к системе проточной воды, с помощью подводящего трубопровода 13, а с помощью резьбового наконечника 9 - к потребителю активированной воды.

Для получения анолита (воды, имеющей положительно заряженный потенциал), который используется для уничтожения болезнетворных микробов и вредителей, к электроду 1 с помощью шины 6 подводится отрицательный потенциал, а к электроду 4 с помощью токопровода 7 положительный потенциал и включается проточная вода. Поток воды при взаимодействии с коническим рассекателем 11 и направляющими лопастями 12 приобретает вращательное движение против часовой стрелки и поступает на винтовую направляющую 5 и приобретает вихревое вращательное движение против часовой стрелки, при этом во вращающемся потоке возникают центробежные силы, которые прижимают частицы воды к стенке электрода 4. Обратный конус 14 способствует переходу потока во внутреннюю полость. Экспериментально установлено, что во вращающемся против часовой стрелки потоке происходит изменение структуры молекулы воды, при этом ее энергия и жизненная сила возрастают. Так как вращающийся поток имеет постоянный и плотный контакт с электродом 4, несущим положительный потенциал, то вода приобретает положительный потенциал, усиленный вихревым движением воды.

Если через воду протекает постоянный электрический ток, то поступление в воду электронов у катода, а также удаление электронов из воды у анода сопровождается электрохимическими реакциями на поверхности катода и анода, в результате которых образуются новые вещества, изменяется вся система межмолекулярных воздействий, в том числе и структура воды как растворителя.

При анодной обработке кислотность воды увеличивается, окислительно-восстановительный потенциал возрастает за счет образования устойчивых и нестабильных кислот (серной, соляной, хлорноватистой, надсерных), а также пероксида водорода, пероксосульфатов, пероксокарбонатов, кислородсодержащих соединений хлора и различных промежуточных соединений, возникающих в процессе самопроизвольного распада и взаимодействия названных веществ. Также в результате анодной электрической обработки несколько уменьшается поверхностное натяжение, увеличивается электропроводность, увеличивается содержание растворенных хлора, кислорода, уменьшается концентрация водорода, азота, изменяется структура воды.

Количественной характеристикой кислотности или щелочности воды является водородный показатель рН, который определяется активностью ионов водорода или соотношением концентрации ионов гидроксония Н₃O⁺ и гидроксила ОН^-. В нейтральной воде рН=7, что соответствует равенству концентраций этих ионов.

Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) характеризует активность электронов в водном растворе (воде). Увеличение окислительного потенциала обусловлено понижением активности электронов в растворе, а уменьшение окислительного потенциала определяется увеличением активности электронов. Природа ОВП в первую очередь обусловлена квантово-механическими характеристиками атомов элементарной электрохимической системы - «электрод - раствор».

В активированной воде происходит значительное изменение структурных составляющих межионного энергетического взаимодействия, т.е. активная концентрация ионов изменяется за счет изменения коэффициентов активности.

Полученный в результате электрической активации анолит обладает антимикробной активностью, применяется для стерилизации, дезинфекции, уничтожения болезнетворных микробов и вредителей.

Для получения католита (воды, имеющей отрицательно заряженный потенциал), который используется для повышения биологической активности живых организмов их энергии и жизненной силы на электрод 1 с помощью шины 6 подается положительный потенциал, а на электрод 4 с помощью токопровода 7 отрицательный потенциал. Процесс взаимодействия потока с коническим рассекателем 11, направляющими лопастями, электродами 1, 4 и винтовой направляющей 5 аналогичен, как для анолита, однако при этом поток, протекающий во внутренней полости электрода 4, приобретает отрицательный потенциал, значительно усиленный вихревым движением воды.

Основными процессами при униполярной электроактивации при катодной обработке являются электролитическое, а также гетерофазное и жидкофазное электрокатолитическое восстановление в катодной камере электрохимического реактора воды и содержащихся в ней веществ. При катодной обработке вода в течение долей секунды насыщается высокоактивными восстановителями:

ОН^-, Н₂О₂ ^-, НО₂ ^-, O₂ ^-, что приводит к образованию нерастворимых гидроксидов тяжелых металлов

Меⁿ⁺+nOH^-→Ме(OH)n.

Кроме того, в катодной камере происходит прямое электролитическое восстановление на поверхности электрода, а также электрокатолитическое восстановление в объеме воды с участием катализаторов-переносчиков и гидратированных электронов, многозарядных катионов тяжелых металлов:

Меⁿ⁺+е→Me⁶, например ; Pb²⁺+2е→Pb,

Указанные процессы снижают токсичность воды, обусловленную наличием ионов тяжелых металлов, за счет перевода их в естественную устойчивость, биологически неактивную форму существования в природе.

В результате катодной обработки любая вода приобретает щелочную реакцию за счет превращения некоторой части растворенных солей в гидроксиды. Ее окислительно-восстановительный потенциал резко понижается, уменьшается поверхностное натяжение, снижается содержание растворенных кислорода, азота, возрастает концентрация водорода, свободных гидроксильных групп, уменьшается электропроводность, изменяется структура не только гидратных оболочек ионов, но и свободного объема воды.

В результате образования хорошо растворимых гидроксидов натрия, калия и повышения вследствие этого рН происходит сдвиг углекислотного равновесия с образованием труднорастворимых карбонатов кальция и магния из находящихся обычно в исходной воде растворимых соединений этих металлов - гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов. Ионы тяжелых металлов и железа практически полностью превращаются в нерастворимые гидроксиды.

Перечисленные изменения в составе и структуре воды повышают ее биологическую активность - повышается всхожесть семян, энергия их прорастания, увеличивается сила роста и развития растений и плодов.

Экспериментально установлено, что при использовании установки для активации воды при получении анолита окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) воды достигает 900…1000 мВ, а водородный показатель рН - 3,5…4,0 ед. рН. При получении католита ОВП воды достигает -1000…-1100 мВ, а рН до 10,5 ед. рН.

Использование полученной воды для орошения позволяет повысить урожайность сельскохозяйственных культур в 2…3 раза.

Изобретение относится к технологии электровихревой обработки воды, используемой для питьевых целей, в промышленности, медицине и для орошения сельскохозяйственных культур с возможностью регулирования окислительно-восстановительных свойств. Установка включает коаксиально расположенные электроды и полупроницаемую обечайку между ними. Установленный вертикально и являющийся корпусом электрод выполнен в виде отрезка трубы с присоединительными входными и выходными резьбовыми наконечниками, а расположенный внутри корпуса и отделенный от него полупроницаемой обечайкой электрод выполнен в виде отрезка трубы с винтовой направляющей во внутренней полости с левосторонней навивкой, при этом высота навивки составляет 0,35-0,4d_вн, где d_вн - внутренней диаметр электрода, расположенного внутри корпуса. Перед входной частью внутреннего электрода установлен конический рассекатель потока с винтовыми направляющими лопастями, имеющими левостороннюю навивку, при этом высота конуса равна 0,65-0,7d_вн, угол конусности равен 25-30°, подводящий трубопровод выполнен из диэлектрического материала и сопряжен с внутренней полостью внутреннего электрода по радиусу r=0,25-0,3d_вн. Технический эффект - возможность регулирования окислительно-восстановительными свойствами воды. 1 ил.

Установка для активации воды, включающая коаксиально расположенные электроды и полупроницаемую обечайку между ними, отличающаяся тем, что установка снабжена переключателем потенциала электродов, а установленный вертикально и выполняющий функции корпуса электрод выполнен в виде отрезка трубы с присоединительными входными и выходными резьбовыми наконечниками, а расположенный внутри корпуса и отделенный от него полупроницаемой обечайкой электрод выполнен в виде отрезка трубы с винтовой направляющей во внутренней полости с левосторонней навивкой, при этом высота навивки составляет 0,35-0,4d_вн, где d_вн - внутренний диаметр электрода, расположенного внутри корпуса, для подвода электрического потенциала к наружному электроду, выполняющему функции корпуса, предусмотрена токопроводящая шина, а для подвода электрического потенциала к коаксиально расположенному внутри корпуса электроду предусмотрен проводник с токоподводящей шиной, отделенный от корпуса диэлектрической втулкой, наружный и внутренний электроды выполнены из титана, а снаружи установка для активации воды закрыта диэлектрическим кожухом, перед входной частью внутреннего электрода установлен конический рассекатель потока с винтовыми направляющими лопастями, имеющими левостороннюю навивку, при этом высота конуса равна 0,65-0,7d_вн, угол конусности равен 25-30°, подводящий трубопровод выполнен из диэлектрического материала и сопряжен с внутренней полостью внутреннего электрода по радиусу r=0,25-0,3d_вн, диэлектрический кожух закреплен к подводящему трубопроводу с помощью хомута.