СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОДЫ И РЕАКТОР ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2012 года по МПК C02F1/461 C02F1/48 

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОДЫ И РЕАКТОР ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к электрохимии и высоковольтным технологиям обработки воды и может быть использовано для обработки и активирования воды с целью ее очистки, обеззараживания и получения анолита и католита, используемых, например, для производства жидких антиоксидантов, стимулирующих и нормализующих процессы в биологических объектах, для дезинфекции. В частности, оно может быть использовано в таких областях человеческой деятельности, как сельское хозяйство, животноводство и медицина, строительство, коммунальное хозяйство.

Известен способ очистки воды, описанный в патенте СССР 1835161, опубл. 05.11.90 [1], включающий очистку воды путем воздействия высоковольтным электрическим разрядом на диспергированную на капли воду и обработку ее при напряжении 1-35 кВ в газовой среде.

Данный способ и подобные ему достаточно эффективны для очистки воды с определенными свойствами, но им присущи недостатки, характерные для многих подобных технологий, использующих озон, - это низкий выход самого озона при наличии паров воды или повышенной влажности, способ обладает низкой эффективностью очистки вод, содержащих органику, поскольку низка эффективность синтеза озона и других окислителей на его основе, так как разряд осуществляется в парах воды и в присутствии других, например, органических веществ.

Реактор очистки воды по приведенному способу содержит вертикальный цилиндрический корпус, размещенные в нем электроды с изоляторами и патрубки для ввода и вывода воды, которые размещены на крышке и днище соответственно, причем в верхней части корпуса расположена горизонтальная перфорированная перегородка, а электроды установлены таким образом, что отношение диаметра отверстия перегородки к расстоянию между перегородкой и электродами составляет 0,0005-0,1.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ очистки воды путем воздействия высоковольтным импульсным разрядом [2].

Способ-прототип основан на том, что предварительно сформированную рабочую струю воды пропускают в газовой среде через последовательный ряд сопел-электродов, между которыми зажигают высоковольтный импульсный разряд, параметры которого удовлетворяют соотношению рtф≥F(Е/р), где р - давление газа между соплами, Па; tф - время формирования разряда, с; Е - напряженность электрического поля между соплами, E=U/d; U - амплитуда импульса воздействующего напряжения, В; d - расстояние между соплами, м; F - коэффициент, определяемый параметрами газовой среды и лежащий в диапазоне 8<F<10 [2].

Недостатком способа-прототипа является то, что обработке подвергается только тот объем воды, который проходит через область высоковольтного импульсного газового разряда, остальная же часть воды остается необработанной. Способ требует подачи на электроды достаточно высокого напряжения в несколько десятков кВ, способного вызвать пробой воздушного промежутка, что приводит к повышенным энергозатратам. Импульсное напряжение и импульсный разряд в воздухе приводит к значительным электромагнитным излучениям в окружающую среду. Эти электромагнитные излучения наводят ЭДС в электрических цепях, создают помехи в электронных устройствах, создают в электрических и электронных цепях значительные перенапряжения, способные вывести из строя электрическую и электронную аппаратуру. Эти же электромагнитные наводки отрицательно влияют на здоровье людей и животных. Кроме того, амплитуду импульсного напряжения U, длительность импульса tф и давления р необходимо выбирать из определенного соотношения, в котором присутствует, на наш взгляд, неопределенный коэффициент F, неясно каким образом определяемый параметрами газовой среды, что существенно усложняет способ. Помимо этого, способ-прототип не позволяет изменять значение водородного показателя рН, ограничивая тем самым область применения обработанной воды.

Использование обработанной по способу-прототипу с применением устройства-прототипа воды в коммунальном хозяйстве приводит к образованию осадка и накипи в трубах коммунального хозяйства.

Все перечисленные недостатки способа-прототипа снижают эффективность обработки воды.

Реактор очистки воды, реализующий способ-прототип содержит вертикальный цилиндрический корпус, размещенные в нем электроды с изоляторами и патрубки для ввода и вывода воды, которые размещены на крышке и днище соответственно, причем в верхней части корпуса расположена горизонтальная перфорированная перегородка, а электроды установлены таким образом, что отношение диаметра отверстия перегородки к расстоянию между перегородкой и электродами составляет 0,0005-0,1. Недостатками является низкая эффективность очистки воды и сложность обеспечения столь малого зазора между перегородкой и электродами.

Основной задачей, на решение которой направлены заявленный способ очистки воды и реактор для его осуществления, является повышение эффективности очистки воды - получение чистой воды при меньших энергозатратах, упрощение способа, исключение переменных электромагнитных излучений в окружающую среду и расширение области применения обработанной воды путем создания возможности изменения водородного показателя воды рН и изменения свойств воды путем ее омагничивания.

На фиг.1 представлена схема реактора, реализующего заявляемый способ. На фиг.2 приведена схема электрическая коммутатора напряжения.

Фиг.1 и фиг.2 служат для пояснения сущности изобретения.

Реактор для обработки воды (фиг.1) содержит патрубок 1 для ввода воды с рабочим соплом 2, формирующим рабочую струю, и два электрода 3 и 4, высоковольтный источник постоянного напряжения 5, высоковольтный кабель 6, крышку сопла 7, электромагнит 8, держатель электромагнита 9, два датчика уровня воды (католита и анолита) 10 и 11, коммутатор 12, два водосборника 13 и 14, крепежные детали 15, переключатель полярности высоковольтного напряжения 16, электромагнитные клапаны слива католита и анолита 17 и 18, уплотняющие прокладки 19 и 21, датчик уровня воды 20. При этом патрубок для ввода воды 1, крышка сопла 7, рабочее сопло 2 и водосборники 13 и 14 выполнены из капролактама. Причем патрубок для ввода воды 1 выполнен в виде цилиндрической трубки, патрубок герметически вмонтирован в крышку рабочего сопла 2 и имеет сообщение с цилиндрической выемкой в верхней части рабочего сопла 2. Рабочее сопло 2 выполнено в виде цилиндрического тела, в верхней и нижней части которого выполнены две несквозные цилиндрические выемки, разделенные друг от друга перегородкой, по центральной оси которой выполнено сквозное отверстие. В верхней части перегородки выполнены несквозные отверстия с резьбой и имеется проточка под уплотняющую прокладку 19. На верхнем торце рабочего сопла 2 также имеются несквозные отверстия с резьбой и круговая проточка под уплотняющую прокладку 21. Крышка сопла 7 выполнена в виде цилиндрического диска, в центральной части которой выполнено сквозное отверстие под патрубок для ввода воды 1. Другое отверстие для подвода кабеля 6 к фланцу высоковольтного электрода 3 смещено относительно центра. Крышка 7 снабжена сквозными отверстиями, совпадающими с несквозными отверстиями с резьбой, расположенными на торцевой части рабочего сопла. Диаметр этих отверстий соответствует диаметру крепежных болтов 15. На внутренней стороне крышки закреплен датчик уровня воды 20. Высоковольтный электрод 3 выполнен из электропроводного материала. В верхней части электрод имеет контактный плоский фланец, диаметр которого равен диаметру верхнего цилиндра выемки рабочего сопла. Ниже контактного фланца электрод 3 выполнен в виде конического тела, внутри которого имеется сквозная полость. Крышка сопла 7 крепится к рабочему соплу 2 при помощи крепежных деталей. Фланец высоковольтного электрода присоединяется крепежными деталями к перегородке, расположенной внутри сопла. Коническая часть электрода вводится через сквозное отверстие перегородки в нижнюю цилиндрическую полость рабочего сопла 2. Другой электрод 4 выполнен из проводящего материала в виде плоского диска, который установлен под днищем водосборников 13 и 14, причем плоскость указанного электрода перпендикулярна центральной оси рабочего сопла 2. Держатель электромагнита 9 выполнен в виде скобы, концы которой прикреплены к стенкам водосборников 13 и 14. Держатель электромагнита в центральной части имеет гнездо для расположения в нем электромагнита 8. Электромагнит 8 расположен в газовой среде и закреплен в гнезде на держателе электромагнита 9. Оба водосборника выполнены в виде единого сосуда, внутри которого установлена герметичная водонепроницаемая перегородка, делящая этот сосуд на две равные симметричные части. Датчики уровня воды (католита и анолита) 10 и 11 закреплены на внутренних стенках водосборников 13 и 14. Водосборники 13 и 14 снабжены электромагнитными клапанами для слива католита и анолита 17 и 18. Выходы датчиков уровня воды (католита и анолита) 10 и 11, выход датчика уровня воды 20 соединены с входом коммутатора 12, выход которого связан с входом высоковольтного источника постоянного напряжения 5 и входом электромагнитных клапанов подачи воды 22, слива католита и анолита 17 и 18. Входы электромагнитных клапанов для слива католита и анолита 17 и 18 присоединены через соответствующие выключатели к блоку питания 23 (см. фиг.2), расположенному в коммутаторе 12. Источник высокого напряжения 5 электрически подключен к высоковольтному кабелю 6, который через отверстие в крышке электрически соединен с контактным фланцем высоковольтного электрода 3. Заземленный выход источника высокого напряжения 5 присоединен к заземленному электроду 4.

Сущность изобретения заключается в следующем. При включении переключателя полярности высоковольтного напряжения 16 в положение «католит» срабатывает коммутатор 12 и выдает сигнал на электромагнитный клапан подачи воды на обработку 22 и на источник высоковольтного постоянного напряжения 5. По этому сигналу клапан подачи воды 22 открывается, а на выходе постоянного высоковольтного напряжения 5 вырабатывается отрицательный потенциал. Обрабатываемая вода через патрубок для ввода воды 1 поступает в рабочее сопло 2 и из него во внутреннюю полость высоковольтного полого электрода 3. Для предотвращения вытекания воды из сопла в проточки на торцевой части сопла 2 и перегородке между цилиндрическими выемками сопла проложены уплотняющие резиновые прокладки 19 и 21.

Вода, поступившая во внутреннюю полость высоковольтного электрода 3, соприкасается с поверхностью этой полости. При этом, если переключатель полярности высоковольтного напряжения 16 стоит в положении «католит» и подключен к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения 5, то на электрод 3 через высоковольтный кабель 6 подан высоковольтный отрицательный потенциал. Абсолютная величина потенциала, независимо от знака потенциала на электроде 3, должна лежать в диапазоне от 1 до 5 кВ. При напряжении ниже 1 кВ эффективность обработки воды резко снижается. При потенциале более 5 кВ возникает опасность возникновения пробоя воздушного промежутка между электродами. Если переключатель полярности высоковольтного напряжения 16 включен на позицию «католит», и на высоковольтный электрод 3 (см. фиг.1) подан отрицательный потенциал, от высоковольтного источника напряжения 5, то при прохождении воды вдоль внутренней поверхности высоковольтного электрода 3 происходят следующие физические процессы.

Молекулу воды в упрощенном виде можно представить в виде H⁺OH^-. Поскольку вода является полярной жидкостью, то молекулы воды, соприкасаясь с отрицательным электродом, поляризуются (деформируется), притягиваясь положительно заряженным ионом водорода к электроду. Молекулы воды, подходя к высоковольтному электроду 3 и проходя внутри его полости, поляризуются и превращаются в диполи.

Эта «деформация» молекул воды усиливается при подходе в полости электрода к его острийной части, где напряженность поля существенно выше, чем вблизи остальной части этого же электрода. Происходит диссоциация молекулы воды на положительно заряженный ион водорода H⁺ и отрицательно заряженную гидроксильную группу ОН^-. Положительно заряженный ион водорода Н⁺ вырывает электрон с поверхности электрода (в рассматриваемом случае с катода). Этот электрон нейтрализует положительно заряженный ион Н⁺ и ион превращается в нейтральный атом. Атомы водорода Н+Н=Н₂ соединяются между собой в молекулу H₂ и водород выделяется в окружающую среду. В воде, прошедшей вдоль поверхности внутренней полости высоковольтного отрицательно заряженного электрода, накапливаются в избытке отрицательно заряженные ионы гидроксильной группы ОН^-. Отрицательно заряженные ионы гидроксильной группы образуют щелочную воду (католит). За счет того, что частицы воды, прошедшие вблизи острийной части отрицательно заряженного электрода, приобретают избыточный отрицательный заряда, они (эти заряженные частицы воды), проходя через внутреннюю полость электрода 3 и сквозное отверстие для выхода струи воды из полости этого электрода, расположенное в нижней конусообразной части электрода 3, притягиваются к заземленному электроду 4, который, в этом случае, выполняет роль анода. Вода, попадая в сосуд для сбора жидкости 9, приобретает щелочные свойства (католит).

Формирование струи происходит непосредственно при прохождении внутренней сквозной полости электрода 3 и выходного отверстия из этой полости, расположенное в нижней части высоковольтного электрода. После того, как струя сформирована, при выходе ее из сопла в газовый промежуток, частички воды этой струи несут на себе избыточный отрицательный электростатический заряд. В процессе прохождения струи воды в области действия электромагнита 8, напряженность которого направлена перпендикулярно оси сформированной струи, на отрицательно заряженные частички струи начинает действовать сила Лоренца. Заряженные частички воды начинают отклоняться от своего первоначального направления. Направление их отклонения определяется по правилу левой руки. Заряженные частички воды связаны с остальными частицами струи воды силами сцепления. За счет этого вся струя начинает изгибаться, а направление изгиба струи определяется также по правилу левой руки. Пусть отрицательно заряженные частички движутся со струей воды вниз (см. фиг.1). Пусть напряженность магнитного поля Н электромагнита 8 направлена к нам (см. фиг.1 отмечено знаком +). Тогда струя воды по закону левой руки будет изгибаться по направлению от нас вправо. Угол наклона струи воды по отношению к оси струи будет определяться результирующей силой, складывающейся из трех сил: силы гравитации, действующей на частицы воды, электрической силы, определяемой напряженностью электрического поля, и магнитной силы. При неизменном потенциале на высоковольтном электроде, неизменной конфигурации и размерах сопла, электродов и других элементах устройства для обработки воды угол изгиба воды будет определяться только напряженностью магнитного поля Н, чем выше напряженность магнитного поля, тем ближе угол изгиба струи воды относительно вертикальной оси симметрии устройства к 90 градусам. Напряженность магнитного поля в области струи при использовании электромагнита можно изменять двумя способами - путем изменения величины намагничивающего тока в катушке электромагнита или путем изменения расстояния от электромагнита до струи.

Плавно, изменением напряженности магнитного поля можно изменять угол изгиба струи, и за счет этого добиться того, чтобы струя воды, например католита, изливалась в один из двух водосборников (см. фиг.1. водосборник для католита).

Перед процессом обработки воды предварительно задаются ее контрольным уровнем h₃ в каждом из водосборников. Выбор величины h₃ определяется условиями конкретной технической задачи, которая в каждом конкретном случае определяется техническими условиями. Например, выбор величины h₃ из соотношения 0,95h≥h₃≥0,9h, где h - высота водосборника, обусловлен следующими условиями. Выбор величины h₃=0,95 h гарантирует то, что водосборник будет практически полностью (на 95%) заполнен водой. Если выбрать величину h₃ больше чем 0,95 h, то будет существовать опасность того, что в результате некоторых случайных отклонений в процессе обработки воды и в процессе коммутации напряжения она может переполнить водосборник и из него начнет выливаться обработанная вода. Если выбрать величину h₃ меньше чем 0,9 h, то это приведет к неоправданно частому переключению полярности потенциала на высоковольтном электроде, причем эти переключения будут происходить тогда, когда еще имеется достаточно большой объем (около 10 и более процентов) незаполненного обработанной водой объема водосборника, что нерационально.

После того как один из водосборников заполнится водой (например, католитом), что произойдет при достижении уровнем обрабатываемой воды в водосборнике заданного контрольного значения уровня h₃, один из датчиков уровня воды, например датчик уровня воды (католита) 10, выдает сигнал на коммутатор 12, по которому электромагнитный клапан подачи воды 22 закрывается, а источник высокого постоянного напряжения 5 отключается. При переключении переключателя высоковольтного напряжения 16 на позицию «анолит», включается источник высокого постоянного напряжения, а клапан 22 подачи воды на обработку открывается. Знак потенциала на выходе источника высокого постоянного напряжения 5 изменяется на противоположный. В связи с этим знак потенциала на высоковольтном электроде 3 также изменяется на противоположный (положительный).

При изменении знака потенциала на высоковольтном электроде с отрицательного на положительный, физические процессы, протекающие в струе воды, будут происходить по-иному.

Поскольку вода является полярной жидкостью, то, подходя к высоковольтному электроду, молекулы воды поляризуются и превращаются в диполи.

Отрицательно заряженный ион гидроксильной группы ОН^- отдает электрон в положительно заряженный электрод 3 (анод), превращаясь в нейтральные гидроксильные группы, которые, соединяясь между собой, образуют молекулы воды, и атому кислорода, которые, соединяясь между собой, выделяются в окружающую среду. В воде, прошедшей обработку при положительном потенциале на электроде, возникает избыточное содержание положительно заряженных ионов Н⁺, и обработанная вода, поступающая в сосуд для сбора обработанной жидкости 14, приобретает кислотный характер (анолит).

Гидроксильные группы, после отдачи электрона, соединяются друг с другом, образуя молекулы воды и кислород, молекулы которого выделяются в окружающую среду. Избыток положительно заряженных ионов водорода H⁺ образует кислотную среду (анолит). После того как струя сформирована, при выходе ее из сопла в газовый промежуток, частички воды этой струи несут на себе избыточный положительный электростатический заряд. В процессе прохождения струи воды в области магнитного поля, напряженность которого направлена перпендикулярно оси сформированной струи, на положительно заряженные частички струи начинает действовать со стороны электромагнита сила Лоренца. Заряженные частички воды начинают отклоняться от своего первоначального направления. Направление их отклонения определяется по правилу левой руки. Заряженные частички воды связаны с остальными частицами струи воды силами сцепления. За счет этого вся струя начинает изгибаться, и направление изгиба струи определяется также по правилу левой руки. Пусть положительно заряженные частички движутся со струей вниз (см. фиг.1). Пусть, по прежнему, напряженность магнитного поля Н направлена к нам перпендикулярно плоскости листа (см. фиг.1). Тогда струя воды по закону левой руки будет изгибаться по направлению от нас влево. Если водосборник установить так, чтобы ось симметрии неизогнутой струи воды падала на центральную часть перегородки и проходила по средней линии перегородки, а водосборник был установлен так, чтобы одна его половина находилась от нас слева, а другая часть справа, то в течение времени подачи на высоковольтный электрод отрицательного потенциала, в части водосборника, расположенной относительно нас справа, скапливается щелочная вода (католит), а при изменении полярности потенциала на высоковольтном электроде, в части водосборника, расположенной к нам слева, скапливается кислотная вода (анолит). После того как этот второй из водосборников заполнится водой (анолитом), что произойдет при достижении уровнем обрабатываемой воды в водосборнике заданного контрольного значения уровня h₃, второй из датчиков уровня воды, например датчик уровня воды (анолита) 11, выдает сигнал на коммутатор 12, по которому электромагнитный клапан 22 закрывается, а источник постоянного высокого напряжения 5 обесточивается. При необходимости слива к потребителю католита или анолита, к катушкам электромагнитных клапанов 17 или 18 через соответствующий переключатель подключается источник в 12 В, расположенный в коммутаторе (см. фиг.2 позиция 23). При подключении напряжения к катушке электромагнита соответствующего клапана 17 или 18, соответствующий клапан открывается и католит или анолит поступает к потребителю. При отключении питания с катушек клапанов 17 или 18 эти клапана закрываются и процедуру получения католита и анолита, описанную выше, можно повторять вновь.

Если в процессе обработки воды в ней содержатся биообъекты, например бактерии, то они, проходя в области высокой напряженности электрического поля вблизи острийной части высоковольтного электрода, поляризуются и деформируются, что приводит к их инактивации.

Пример конкретного выполнения. Для реализации заявляемого способа и реактора была собрана установка, изображенная на фиг.1. Патрубок для ввода воды 1, рабочее сопло 2, крышка 7 и сосуды для сбора обработанной жидкости 10 были выполнены из полиэтилена. Рабочее сопло имело форму цилиндра, диаметром 100 мм и высотой 120 мм. Внутри рабочего сопла были выполнены цилиндрические выемки, одна из которых была выполнена в верхней, а другая в нижней части сопла 2. Эти выемки были разделены перегородкой, толщиной 40 мм, с отверстием под высоковольтный электрод 3. Диаметр верхнего цилиндра выемки был равен 60 мм, а его высота 50 мм. Диаметр нижнего цилиндра выемки был равен 80 мм, а его высота 30 мм. В перегородке, разделяющей цилиндрические выемки сопла, по центру было выполнено сквозное отверстие диаметром 20 мм. В верней плоскости перегородки было выполнено 6 несквозных отверстий с резьбой М 5 под крепежные детали, которые были симметрично распределены по окружности 50 мм.

В верхней части перегородки была выполнена проточка под уплотнитель 19. Глубина этой проточки была равна 5 мм, а ее ширина 6 мм. Диаметры окружности этой проточки были равны соответственно 22 мм и 34 мм.

На верхнем торце рабочего сопла 2 было выполнено 6 несквозных отверстий с резьбой под болты М 5. Эти отверстия с резьбой симметрично располагались на окружности диаметром 86 мм. На верхнем торце сопла была выполнена проточка под уплотнитель 21. Диаметры окружностей этой проточки были равны соответственно 64 мм и 72 мм, а глубина этой проточки была равной 5 мм. Высоковольтный электрод был выполнен в виде усеченного полого конуса, на большем основании которого был выполнен круглый плоский фланец диаметром 48 мм и толщиной 10 мм. В центре фланца было выполнено сквозное отверстие диаметром 8 мм. На фланце, симметрично по окружности диаметром 30 мм, было выполнено 6 сквозных отверстий. Диаметры этих отверстий были рассчитаны под крепежные детали и были равны 5,2 мм. Высоковольтный электрод 3 ниже фланца был выполнен в виде усеченного перевернутого конуса с большим (верхним) основанием, равным 20 мм, а с нижнем (меньшим) основанием, равным 10 мм. Внутри конуса по центру была выполнена цилиндрическая полость, диаметром 8 мм. Фланец высоковольтного электрода 3 был прикреплен к перегородке сопла крепежными винтами М 5. Крышка 7 рабочего cопла была выполнена из капролактамового листа толщиной 10 мм. Диаметр крышки был равен 100 мм. По центру крышки 7 был выполнен патрубок для подвода воды 1. Патрубок 1 был выполнен в виде трубы с внешним диаметром 20 мм и внутренним диаметром 15 мм. Высота патрубка была равна 40 мм. Крышка 7 и патрубок 1 были изготовлены из единой блочной заготовки из капролактама. В крышке 7 было выполнено сквозное отверстие для ввода высоковольтного кабеля 6, диаметром 20 мм, смещенное от центральной оси сопла на расстояние 18 мм сквозное отверстие диаметром 15 мм, служащее для подвода жилы высоковольтного кабеля 6 к фланцу высоковольтного электрода 3. На крышке 7 было выполнено 6 сквозных отверстий с диаметром 5,1 мм. Эти отверстия симметрично располагались на окружности диаметром 80 мм. Крышка 3 крепилась к торцу рабочего сопла при помощи шести болтов с резьбой М 5. Электрод 3 был выполнен из нержавеющей стали. Жила высоковольтного кабеля 6 была электрически подсоединена к фланцу высоковольтного электрода 3. В устройстве, изображенном на фиг.1, использовались следующие элементы:

18 - электромагнитный клапан слива анолита. При необходимости получения анолита на катушку клапана 18 подается напряжение +12В. Срабатывает клапан, открывая канал поступления анолита из емкости.

17 - электромагнитный клапан слива католита. При необходимости получения католита на катушку клапана 18 подается напряжение +12В. Срабатывает клапан, открывая канал поступления католита из емкости.

22 - электромагнитный клапан подачи воды на обработку. На катушку клапана 22 подается напряжение +12В. Срабатывает клапан, открывая канал поступления воды на обработку.

16 - переключатель полярности высоковольтного напряжения. Тумблер. Ручное управление. Переключается при необходимости получения католита или анолита.

12 - коммутатор. Осуществляет, по команде от переключателя полярности 16, коммутацию полярности высоковольтного напряжения, а также осуществляет управление подачей воды на обработку по сигналам с переключателя полярности 16, датчика уровня католита 13, датчика уровня анолита 14 и датчика уровня воды 20.

Схема электрическая коммутатора 12 приведена на фиг.2.

Коммутатор предназначен для выбора полярности напряжения, и, следовательно, выбора технологии приготовления анолита или католита.

Работа коммутатора 12 и процесс переключения полярности выходного напряжения поясняет схема электрическая коммутатора, приведенная на фиг.2

К входам переключателя высоковольтного напряжения 16 подключаются положительный и отрицательный выходы высоковольтного источника напряжения 5. По команде оператора, при положении переключателя высоковольтного напряжения 16 в положение «анолит», к выходу коммутатора 12 и к электроду 3 установки подключается положительная цепь высоковольтного источника, отрицательная цепь высоковольтного источника подключается к электроду 4 и к заземлению установки.

При переключении переключателя полярности высоковольтного напряжения 16 в положение «католит» к выходу переключателя высокого напряжения и к электроду 3 установки подключается отрицательная цепь высоковольтного источника, положительная цепь высоковольтного источника подключается к электроду 4 и к заземлению установки.

Если переключатель полярности высоковольтного напряжения 16 находится в положении «анолит», коммутатор по датчику уровня воды (анолита) 11 контролирует наличие предельного уровня анолита в ванне. При срабатывании датчика уровня воды 11 (наличия предельного уровня анолита) отключается высокое напряжение и отключается электромагнитный клапан подачи воды 22. В этом случае работа установки возможна только в режиме получения католита, после переключения переключателя полярности высоковольтного напряжения 16 в положение «католит».

В качестве высоковольтного источника 5 использовался источник, настроенный на выходное напряжение +2.5 кВ, выполненный по схеме, изображенной рис.1.81 в работе (Костиков В.Г., Никитин И.Е. Источники электропитания высокого напряжения РЭА. - М.: Радио и связь, 1986. - 200 с.: ил., стр.83).

Датчиками уровня воды (католита, анолита и воды) 10, 11, 20 служили емкостные датчики CSN EC46B8-31P-8-LZS4-H-P1 научной производственной компании «ТЭКО». В качестве электромагнитных затворов 17, 18, 21 были взяты электромагнитные клапаны марки Danfoss EV220D Ду10 Kvs0,7 производства Danfoss. Напряжение питания датчиков уровня воды и обмоток электромагнитных клапанов составляет +12В и подается от блока питания 23, расположенного в коммутаторе (см. фиг.2). В качестве переключателя полярности высоковольтного напряжения 16 использовался тумблер МТ1.

Коммутатор 12 был выполнен по схеме, приведенной на фиг.2.

Нагрузкой датчиков уровня анолита, католита и воды являются обмотки электромагнитных реле К1-К3 фирмы Тусо Electronics V23105A5003A201 (Электронные компоненты. ООО «Рлатан», 2005 г. стр.209).

При достижении анолитом предельного уровня срабатывает датчик уровня воды (анолита) 11, срабатывает реле К2, своими контактами К2.1 блокирующее положительное высоковольтное напряжение. Одновременно с этим схемой ИЛИ, выполненной на VD1, VD2, R1, закрывается клапан подачи воды 21.

При достижении католитом предельного уровня срабатывает датчик уровня воды (католита) 10, срабатывает реле К3, своими контактами К3.1 блокирующее отрицательное высоковольтное напряжение. Одновременно с этим схемой ИЛИ, выполненной на VD1, VD2, R1, закрывается клапан подачи воды 21.

VD1, VD2 - диоды фирмы PHILIPS BTA204W-600B (Электронные компоненты ООО «Рлатан» 2005 г. стр.88), резистор R1-МЛТ-0.5 - 10 кОм.

Коммутацию высокого напряжения осуществляли реле G12 фирмы Gigavac (См. журнал «Современная электроника» №1, 2007 год, стр.26) К4-К7.

Блок питания см. фиг.2 (позиция 23) выполнен на DRAN-60-12A фирмы CHINFA (Каталог электронных компонентов 4.1 ООО «Элтех», стр 143, www.eltech.spb.ru).

При подаче потенциала минус 2,5 кВ на высоковольтный электрод 3, обработанная вода в сосуде для сбора жидкости 13 имела водородный показатель рН, равный 10, т.е. носила щелочной характер. При подаче напряжения +2,5 кВ на высоковольтный электрод 3, обработанная вода в сосуде для сбора жидкости 14 имела водородный показатель рН, равный 3, т, е. приобретала кислотный характер. Анализ воды прошедшей обработку по заявляемому способу в заявляемом реакторе, показал, что жизнеспособные бактерии в обработанной воде, способные к делению, отсутствовали.

Таким образом, в результате очистки воды при помощи заявляемого способа и реактора для его реализации были достигнуты следующие преимущества по сравнению со способом-прототипом и устройством-прототипом:

- вся обрабатываемая вода, а не только та часть, которая проходит через газоразрядный промежуток, как в прототипе, подвергается обработке высоковольтным напряжением;

- исключается из обработки воды импульсное напряжение и импульсный разряд в воздухе, и соответственно исключаются электромагнитные излучения в окружающую среду, которые наводят ЭДС в электрических цепях, создают помехи в электронных устройствах, инициируют возникновение в электрических и электронных цепях перенапряжений, способных вывести из строя электрическую и электронную аппаратуру;

- исключается отрицательное воздействие электромагнитных наводок на здоровье людей и животных;

- заявляемый способ и реактор позволяют изменять значение водородного показателя рН, расширяя тем самым область применения обработанной воды. Все перечисленные достоинства заявляемого способа и устройства позволяют по сравнению с прототипами повысить эффективность обработки воды;

- заявляемый способ и устройство позволяют не только управлять струей при помощи магнитного поля, но и дополнительно изменять ее свойства в процессе ее омагничивания, предотвращая накипь на стенках водопроводов и бытовых приборов.

Источники информации, использованные при составлении изобретения

1. Патент СССР 1835161 A3, МПК С02F 1/46, 05.11.90.

2. Патент RU (11)2213702 (13) C1 (51), 7 C02F 1/46, B01J 19/08. Способ очистки воды путем воздействия высоковольтным импульсным разрядом и реактор для его осуществления // Кривоносенко А.В.; Кривоносенко Д.А.; Трампильцев В.Н.; Хузеев А.П. по заявке: 2002109131/12. Дата подачи заявки: 2002.04.08. Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.04.08. Опубликовано: 2003.10.10. - прототип.

Изобретение относится к высоковольтным технологиям обработки воды и может быть использовано для обработки воды с целью ее очистки, обеззараживания и получения анолита и католита. Сущность изобретения заключается в том, что струю воды формируют путем пропускания воды через сквозную внутреннюю полость высоковольтного электрода и выходное отверстие из этой полости, расположенное в нижней части высоковольтного электрода, на который подают постоянный потенциал одной полярности - положительный или отрицательный, относительно заземленного электрода, при этом значение абсолютной величины потенциала выбирают в диапазоне 1-5 кВ, затем, после формирования струи и выхода ее из сопла в газовую среду, упомянутую струю изгибают путем воздействия на нее магнитным полем, линии напряженности которого направлены перпендикулярно к оси симметрии сформированной струи, причем напряженность магнитного поля плавно изменяют до излития изогнутой струи воды в один из двух водосборников, выполненных в виде единого сосуда, внутри которого установлена перегородка, делящая этот сосуд на две симметричные части, при этом предварительно задаются контрольным уровнем воды в каждой из двух упомянутых симметричных частей h₃ из соотношения 0,95h≥h₃≥0,9h, где h - высота водосборника, и в процессе наполнения струей воды водосборника непрерывно контролируют уровень воды в нем, затем при достижении этим уровнем заданного контрольного значения h₃ изменяют знак потенциала на высоковольтном электроде на противоположный, после чего струю воды магнитным полем изгибают в противоположную от первоначальной сторону, обеспечивая ее излитие во второй водосборник. Технический результат - повышение эффективности обработки воды, предотвращение накипи на стенках водопроводов и бытовых приборов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обработки воды, заключающийся в формировании струи воды путем пропускания ее через сопло в газовую среду, отличающийся тем, что струю воды формируют путем пропускания воды через сквозную внутреннюю полость высоковольтного электрода и выходное отверстие из этой полости, расположенное в нижней части высоковольтного электрода, на который подают постоянный потенциал одной полярности - положительный или отрицательный, относительно заземленного электрода, при этом значение абсолютной величины потенциала выбирают в диапазоне 1-5 кВ, затем, после формирования струи и выхода ее из сопла в газовую среду, упомянутую струю изгибают путем воздействия на нее магнитным полем, линии напряженности которого направлены перпендикулярно к оси симметрии сформированной струи, причем напряженность магнитного поля плавно изменяют до излития изогнутой струи воды в один из двух водосборников, выполненных в виде единого сосуда, внутри которого установлена перегородка, делящая этот сосуд на две симметричные части, при этом предварительно задаются контрольным уровнем воды в каждой из двух упомянутых симметричных частей h₃ из соотношения 0,95h≥h₃≥0,9h, где h - высота водосборника, и в процессе наполнения струей воды водосборника непрерывно контролируют уровень воды в нем, затем при достижении этим уровнем заданного контрольного значения h₃ изменяют знак потенциала на высоковольтном электроде на противоположный, после чего струю воды магнитным полем изгибают в противоположную от первоначальной сторону, обеспечивая ее излитие во второй водосборник.

2. Реактор для обработки воды, содержащий патрубок для ввода воды с рабочим соплом, формирующим рабочую струю, и два электрода, отличающийся тем, что в него дополнительно введен высоковольтный источник постоянного напряжения, переключатель полярности высоковольтного напряжения, высоковольтный кабель, крышка сопла, электромагнит, держатель электромагнита, электромагнитный клапан подачи воды на обработку, электромагнитный клапан слива католита, электромагнитный клапан слива анолита, три датчика уровня воды, коммутатор, два водосборника и крепежные детали, при этом патрубок для ввода воды, крышка сопла, рабочее сопло и водосборник выполнены из капролактама, причем патрубок для ввода воды выполнен в виде цилиндрической трубки, рабочее сопло выполнено в виде цилиндрического тела, в верхней и нижней частях которого выполнены две несквозные цилиндрические выемки, разделенные друг от друга перегородкой, по центральной оси которой выполнено сквозное отверстие, в верхней части перегородки выполнены несквозные отверстия с резьбой, на верхнем торце рабочего сопла также имеются несквозные отверстия с резьбой, крышка сопла выполнена в виде цилиндрического диска, в центральной части которой выполнено сквозное отверстие под патрубок для ввода воды, другое отверстие для подвода кабеля к фланцу высоковольтного электрода смещено относительно центра, крышка снабжена сквозными отверстиями, совпадающими с несквозными отверстиями с резьбой, расположенными на торцевой части рабочего сопла, диаметр этих отверстий соответствует диаметру крепежных деталей, патрубок для ввода воды герметически вмонтирован в крышку рабочего сопла и имеет сообщение с цилиндрической выемкой в верхней части рабочего сопла, высоковольтный электрод выполнен из электропроводного материала, в верхней части имеет контактный плоский фланец, диаметр которого равен диаметру верхнего цилиндра выемки рабочего сопла, ниже контактного фланца электрод выполнен в виде конического тела, внутри которого имеется сквозная полость, крышка сопла крепится к рабочему соплу при помощи крепежных деталей, фланец высоковольтного электрода присоединяется крепежными деталями к перегородке, коническая часть электрода вводится через сквозное отверстие перегородки в нижнюю цилиндрическую полость рабочего сопла, другой электрод выполнен из проводящего материала в виде плоского диска, который установлен под днищем водосборника, причем плоскость указанного электрода перпендикулярна центральной оси рабочего сопла, держатель электромагнита выполнен в виде скобы, имеющей в центральной части место для расположения электромагнита, концы держателя электромагнита прикреплены к водосборнику, электромагнит расположен в газовой среде и закреплен на держателе электромагнита, оба водосборника выполнены в виде единого сосуда, внутри которого установлена герметичная водонепроницаемая перегородка, расположенная в перпендикулярной плоскости симметрии сосуда и делящая этот сосуд на две равные симметричные части, два датчика уровня воды закреплены на внутренних стенках водосборников, выходы датчиков уровня воды соединены с входом коммутатора, который связан с входом высоковольтного источника постоянного напряжения, третий датчик уровня воды закреплен на внутренней поверхности крышки сопла, выход этого датчика через герметичный разъем, расположенный на крышке сопла, также соединен с входом коммутатора, источник высокого напряжения электрически подключен к высоковольтному кабелю, который через герметичный разъем, расположенный на крышке сопла, электрически соединен с контактным фланцем высоковольтного электрода, заземленный выход источника высокого напряжения присоединен к заземленному электроду, электромагнитный клапан подачи католита герметично вмонтирован в один из водосборников и электрически соединен через выключатель с коммутатором, электромагнитный клапан подачи анолита герметично вмонтирован в другой водосборник и электрически соединен через выключатель с коммутатором.