КАСКАДНЫЙ ЭЛЕКТРОАКТИВАТОР ВОДЫ Российский патент 2015 года по МПК C02F1/46 

Изобретение относится к электровихревой обработке воды, обеспечивающей повышение ее биологической активности, энергии, жизненной силы, используемой для питьевых целей, в промышленности, медицине, микроэлектронике, лазерной технике и орошении сельскохозяйственных культур в системах капельного орошения с регулированием окислительно-восстановительных свойств.

Известно 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 (авторское свидетельство SU №1634643 Α1, МПК С02Р 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 (авторское свидетельство SU №1468867 Α1, 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 а анодные камеры размешены в диэлектрическом корпусе и снабжены общим водоподводящим трубопроводом, а патрубки для отвода воды снабжены вентилями для изменения величины расхода активированной воды (патент RU №2224722, MIHC 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.

Известен электроактиватор, содержащий корпус с патрубками подачи и отвода жидкости, систему электродов, подключенных к источнику постоянного тока и разделенных диафрагмой, при этом электроды выполнены в виде разнополосных шнеков, при этом лопасти каждого шнека подключены к одному из полюсов источника тока, а сами шнеки выполнены с равномерным шагом по длине, при этом лопасти одного шнека смещены относительно другого на половину шага, корпус выполнен из диэлектрического материала в виде двух спаренных между собой полуцилиндров, разделенных диафрагмой, а шнеки выполнены неподвижными цилиндрическими и размещены в полуцилиндрах горизонтально и параллельно друг другу, диафрагма выполнена в виде пористой мембраны, состоящей из разъемных секций (патент RU №2056362, МПК⁶ C02F 1/46).

К недостаткам электроактиватора относятся правосторонняя навивка шнеков, что отрицательно сказывается на биологической активности воды, наличие двух электродов и получение одновременно анолита и католита, что не всегда необходимо. Обычно требуется либо анолит, либо католит. Создание двух разнополярных потоков воды вызывает значительный расход электроэнергии. Кроме того, не обеспечивается достаточный контакт электродов с потоком воды, а это возможно в том случае, если электроды расположены коаксиально.

Известно 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 отрицательно 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 (патент RU №2277070, МПК C02F 1/46).

К недостаткам устройства относятся повышенный расход электроэнергии на активацию воды, так как получают два потока - католит и анолит, и отсутствие возможности получения единого потока воды с заданным потенциалом.

Известен электроактиватор воды, включающий коаксиально расположенные электроды, полупроницаемую диафрагму между ними, при этом электроды установлены в диэлектрическом кожухе, выполняющем функцию корпуса, при этом наружный электрод представляет собой трубу из нержавеющей стали, стойкой к электрохимической коррозии, в трубе выполнено отверстие с диэлектрической втулкой для монтажа проводника подвода электрического потенциала к внутреннему электроду, внутренний электрод состоит из цилиндрического стержня с винтовой направляющей, имеющей левостороннюю навивку, а на входной части электроактиватора цилиндрический стержень имеет лопастной направляющий аппарат с полувинтовыми лопастями, имеющими левостороннюю направленность, входная и выходная части цилиндрического стержня выполнены коническими, наружный диаметр винтовой направляющей внутреннего электрода выполнен из условия возможности монтажа-демонтажа и размещения полупроницаемой диафрагмы, подвод электрического потенциала к наружному электроду выполнен с помощью шины, а к внутреннему электроду - с помощью проводника, устанавливаемого в резьбовое отверстие витка винтовой направляющей, подвод электрических потенциалов к электродам выполнен с помощью переключателя потенциалов, материал элементов внутреннего электрода - титан или нержавеющая сталь, стойкая к электрохимической коррозии (патент RU №2385841 С1, МПК C02F 1/46).

К недостаткам данного электроактиватора относятся недостаточное взаимодействие частиц потока воды с винтовой направляющей, так как поток при этом будет в основном ламинарным, а для большего контакта он должен быть вихревым.

Кроме того, данная конструкция имеет недостаточно высокий коэффициент полезного действия.

Наиболее близким техническим решением является проточный электроактиватор воды, включающий коаксиально расположенные положительно и отрицательно заряженные электроды, полупроницаемую диафрагму между ними, при этом наружный электрод, выполняющий функцию корпуса, имеет форму полого цилиндра с присоединительными резьбовыми наконечниками, устанавливаемыми в резьбовых выточках подводящего и отводящего трубопроводов, а установленный внутри электрод состоит из стержня с лопастями, установленными по винтовой линии левосторонней направленности, при этом лопасти закреплены к стержню ступенчато, а стержень электрода имеет входную коническую направляющую и сужающийся выходной конус, а установленный внутри электрод и полупроницаемая диафрагма размещены внутри наружного электрода с возможностью монтажа-демонтажа, в резьбовой выточке подводящего трубопровода установлены контактная и пружинная шайбы, имеющие электрический контакт с помощью пружинных амортизаторов с установленным внутри электродом, контактная шайба зафиксирована в резьбовой проточке с помощью стопорного болта и изолирована от наружного электрода диэлектрической прокладкой, а пружинная шайба зафиксирована в проточке контактной шайбы амортизаторами, подвод электрического потенциала к установленному внутри электроду осуществляется с помощью контактной и пружинной шайб через клемму, а к наружному электроду - через клемму, закрепленную на внешней поверхности наружного электрода, потенциал электродов может изменяться с помощью переключателя потенциалов, подводящий и отводящий трубопроводы выполнены из диэлектрического материала, а электроды из нержавеющей стали, стойкой к электрохимической коррозии (патент RU №2449952 С2, МПК C02F 1/46).

К недостаткам данного проточного электроактиватора относятся размещение лопастей по винтовой линии, что не обеспечивает вихревого движения потока воды и недостаточного контакта с электродом, что снижает коэффициент полезного действия электроактиватора. Кроме того, отсутствует возможность динамического воздействия на поток и повышение его биологической активности.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение эффективности электровихревой обработки, снижения потребления энергии на обработку и повышение биологической активности воды.

Технический результат - получение непрерывного потока воды заданного электрического потенциала, повышение коэффициента полезного действия электроактиватора.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном каскадном электроактиваторе воды, включающем коаксиально расположенные положительно и отрицательно заряженные электроды, полупроницаемую диафрагму между ними, при этом наружный электрод, выполняющий функцию корпуса, имеет форму полого цилиндра с присоединительными резьбовыми наконечниками, устанавливаемыми в резьбовых выточках подводящего и отводящего трубопроводах, согласно изобретения внутренний электрод, выполненный в форме полого цилиндра со сквозными отверстиями в стенке, к внутренней полости которого каскадно закреплены лопасти в виде секторов, расположенных ступенчато по винтовой линии левосторонней направленности, а сами лопасти имеют уклон от центра к стенке полого цилиндра, в центральной части внутреннего электрода лопасти зафиксированы стержнем, имеющим на входе и выходе сферические закругления, подвод электрического потенциала к внутреннему электроду выполнен с помощью шпильки, изолированной от наружного электрода диэлектрической втулкой, подвод электрического потенциала к наружному электроду выполнен с помощью шпильки, закрепленной к стенке электрода, на генераторе постоянного тока или выпрямителе установлен переключатель потенциалов для изменения потенциала электродов, материал электродов титан или сталь марки 1×18Н9Т, снаружи каскадный электроактиватор закрыт диэлектрическим кожухом.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан каскадный электроактиватор воды - поперечный разрез.

На фиг. 2 - то же, вид сверху.

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

Каскадный электроактиватор воды включает наружный электрод 1, выполненный в виде полого цилиндра с присоединительным входным резьбовым наконечником 2 и выполняющим функцию корпуса. Во внутренней полости наружного электрода 1, отделенный полупроницаемой микропористой пластмассовой диафрагмой 3, установлен внутренний электрод 4. Электрод 4 выполнен цилиндрическим и имеет сквозные отверстия 5 по всей боковой поверхности. К внутренней полости электрода 4 каскадно закреплены лопасти 6, выполненные в виде секторов и расположенные ступенчато по винтовой линии левосторонней направленности. Лопасти 6 имеют уклон от центра к стенке электрода 4. В центральной части внутреннего электрода 4 лопасти 6 зафиксированы стержнем 7, имеющим на входе и выходе сферические закругления 8. Подвод электрического потенциала к внутреннему электроду 4 выполнен с помощью шпильки 9, изолированной от наружного электрода 1 диэлектрической втулкой 10.

Шпилька 9 закреплена к внутреннему электроду 4 с помощью резьбы 11. Подвод электрического потенциала к наружному электроду выполнен с помощью шпильки, закрепленной к стенке электрода 1 с помощью сварки.

На генераторе постоянного тока или выпрямителе установлен переключатель потенциалов (не показан) - для изменения потенциала электродов. Материал электродов титан или сталь марки 1×18Н9Т. Снаружи каскадный электроактиватор закрыт диэлектрическим кожухом (не показан).

Каскадный электроактиватор воды работает следующим образом.

Для получения анолита воды, имеющей положительно заряженный потенциал, к шпильке 9 подводится положительный потенциал от источника постоянного тока, а к шпильке 12 - отрицательный потенциал и включается проточная вода. При этом поток воды поступает во внутреннюю полость электрода 4, взаимодействует с лопастями 6, приобретает левостороннее вращательное движение. При этом поток падает с верхней лопасти на нижнюю в виде водопада, что повышает величину электрического потенциала. Электрический потенциал активно передается потоку, усиливая его величину. Электроны от внутреннего электрода 4 через сквозные отверстия 5 поступают к наружному электроду 1, что значительно увеличивает положительный потенциал протекающего потока, а коэффициент полезного действия электроактиватора возрастает.

Для получения католита - воды, имеющей отрицательно заряженный потенциал, к шпильке 9 подводится отрицательный потенциал от источника постоянного тока, а к шпильке 12 - положительный потенциал. Включается проточная вода и поток поступает в внутреннюю полость электрода 4. При взаимодействии потока с лопастями 6 вода приобретает вращательное движение левосторонней направленности, которое вызывает повышение ее электрического потенциала. Поток падает с верхних лопастей на нижние в виде водопада, что дополнительно повышает величину потенциала воды. При движении потока по лопастям 6 электрический потенциал активно передается потоку воды, дополнительно усиливая его величину. Лопасти 6 имеют уклон от центрального стержня 7 к внутренней стенке электрода 4, от которой так же передается отрицательный потенциал. Электроны от наружного электрода 1 активно поступают через отверстия 5 и усиливают отрицательный потенциал потока, протекающего во внутренней полости электрода 4. Каскадное размещение лопастей 6, наличие отверстий 5 стенке внутреннего электрода 4 значительно повышает коэффициент полезного действия электроактиватора и позволяет получать непрерывный поток воды заданного электрического потенциала.

Изобретение относится к электровихревой обработке воды с регулированием ее окислительно-восстановительных свойств и может найти применение в промышленности, медицине, микроэлектронике, лазерной технике, при орошении сельскохозяйственных культур в системах капельного орошения. Каскадный электроактиватор воды включает коаксиально расположенные положительно и отрицательно заряженные электроды, полупроницаемую диафрагму между ними. Наружный электрод, выполняющий функцию корпуса, имеет форму полого цилиндра с присоединительными резьбовыми наконечниками, устанавливаемыми в резьбовых выточках подводящего и отводящего трубопроводов. Внутренний электрод выполнен в форме полого цилиндра со сквозными отверстиями в стенке, к внутренней полости которого каскадно закреплены лопасти в виде секторов, расположенных ступенчато по винтовой линии левосторонней направленности. Лопасти имеют уклон от центра к стенке полого цилиндра. В центральной части внутреннего электрода лопасти зафиксированы стержнем, имеющим на входе и выходе сферические закругления, подвод электрического потенциала к внутреннему электроду выполнен с помощью шпильки, изолированной от наружного электрода диэлектрической втулкой, подвод электрического потенциала к наружному электроду выполнен с помощью шпильки, закрепленной к стенке электрода. Технический результат - снижение потребления электроэнергии. 2 ил.

Каскадный электроактиватор воды, включающий коаксиально расположенные положительно и отрицательно заряженные электроды, полупроницаемую диафрагму между ними, при этом наружный электрод, выполняющий функцию корпуса, имеет форму полого цилиндра с присоединительными резьбовыми наконечниками, устанавливаемыми в резьбовых выточках подводящего и отводящего трубопроводов, отличающийся тем, что внутренний электрод выполнен в форме полого цилиндра со сквозными отверстиями в стенке, к внутренней полости которого каскадно закреплены лопасти в виде секторов, расположенных ступенчато по винтовой линии левосторонней направленности, а сами лопасти имеют уклон от центра к стенке полого цилиндра, в центральной части внутреннего электрода лопасти зафиксированы стержнем, имеющим на входе и выходе сферические закругления, подвод электрического потенциала к внутреннему электроду выполнен с помощью шпильки, изолированной от наружного электрода диэлектрической втулкой, подвод электрического потенциала к наружному электроду выполнен с помощью шпильки, закрепленной к стенке электрода, на генераторе постоянного тока или выпрямителе установлен переключатель потенциалов для изменения потенциала электродов, снаружи каскадный электроактиватор закрыт диэлектрическим кожухом.