Устройство для электроактивации воды Российский патент 2019 года по МПК C02F1/46 

Изобретение относится к полученной посредством электрохимической активации воде и предназначено для повышения ее биологической активности за счет снижения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП), выражаемого в милливольтах и имеющего отрицательное значение. Такая вода обладает повышенной физико-химической активностью, что улучшает ее биоэнергетические, метаболические и иммуностимулирующие свойства, обеспечивает благоприятные условия для развития микроорганизмов, растений и может быть использована в области сельского хозяйства, животноводства, медицины, пищевой промышленности.

Одним из способов снижения ОВП питьевой воды, имеющей положительную величину ОВП, является ее электролиз постоянным током в диафрагменном электролизере, где в катодной камере образуется католит - вода, обогащенная ионами ОН^- и молекулярным водородом, имеющая меньший потенциал и большую величину водородного показателя (рН) относительно исходной воды. В анодной камере электролизера образуется анолит - вода с повышенным содержанием ионов H⁺ и молекулярного кислорода, характеризуемая повышенным потенциалом и меньшей величиной рН относительно исходной воды. Предельные параметры (рН, ОВП) получаемого католита и анолита находятся в зависимости от минерализации воды, конструктивных особенностей реактора, а также технологии процесса электрохимической обработки. Известен активатор с проточным электрохимическим модульным элементом ПЭМ, в котором при обработке питьевой воды с исходными значениями рН=7,1 и ОВП=+340 мВ получены следующие экстремальные параметры окислительно-восстановительных свойств католита: рН=10,9 при ОВП=-860 мВ и анолита: рН=2,7 при ОВП=+1100 мВ [1].

Установлено, что положительный биологический эффект достигается за счет высокой концентрации в обрабатываемой воде водорода (Н⁺, Н₂) и кислорода. Известен патент РФ «Полученная электролизом вода, содержащая растворенный водород, способ получения электролизом воды и установка для получения электролизом воды», согласно которому повышение степени насыщения католита водородом достигается посредством его повторной активации в катодной камере диафрагменного электролизера проточного типа, а для нейтрализации щелочных свойств католита используется анолит [2]. В известном патенте из-за малой площади поверхности электродной системы электролизера насыщение католита водородом имеет низкую эффективность, а предлагаемый метод нейтрализации щелочных свойств католита посредством его смешивания с анолитом не позволяет получить воду с нейтральной величиной рН и отрицательным значением ОВП. Кроме того процесс нейтрализации католита анолитом сопровождается рекомбинацией ионов ОН^- и H⁺, что ведет к уменьшению количества ионов Н⁺ в полученной смеси.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является устройство для электроактивации воды, содержащее корпус, образованный вертикально установленными цилиндрическим и трубчатым электродами, скрепленными герметично и коаксиально втулками, выполненными из диэлектрического материала, засыпку из токопроводящих гранул, расположенных между электродами и отделенных от одного из электродов сеткой из электроизоляционного материала, линии для прохода воды, источник тока, соединенный с электродами [3]. Данное устройство имеет увеличенную площадь электродной системы за счет применения засыпки из токопроводящих гранул, между которыми происходит электролиз обрабатываемой воды с выделением большего количества молекулярного водорода и кислорода, по сравнению с электродной системой без токопроводящей засыпки, о чем свидетельствует отрицательный потенциал воды после активации (-300 мВ) при сохранении величины водородного показателя обрабатываемой воды.

Недостатком данного устройства является постоянство величины водородного показателя активированной воды, что сужает область применения данного технического решения.

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

Технический результат - повышение биологических свойств воды за счет увеличения концентрации в обработанной воде водорода и кислорода при электрохимической активации на предлагаемой установке.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для электроактивации воды содержащем корпус, образованный вертикально установленными цилиндрическим и трубчатым электродами, скрепленными герметично и коаксиально втулками, выполненными из диэлектрического материала, сетку, размещенную между одним из электродов и засыпкой из токопроводящих гранул, наибольший размер которых не превышает половины толщины засыпки, линии для подвода и отвода воды, подключенные к концам трубчатого электрода, снабженного радиальными отверстиями для прохода воды и источник тока, соединенный с электродами, согласно изобретению устройство снабжено дополнительной электродной камерой, которая образована цилиндрическим электродом со штуцером в верхней части, подключенным к линии отвода воды, диафрагмой из ультрафильтрационного материала, закрепленной на наружной поверхности сетки, и двумя диэлектрическими кольцами, установленными по торцам сетки, при этом верхнее кольцо выполнено с уплотнительным элементом и размещено на наружной поверхности сетки, а нижнее кольцо имеет симметрично расположенные радиальные отверстия с пазами на наружной поверхности для подвода воды в дополнительную электродную камеру и закреплено на внутренней поверхности сетки, трубчатый электрод выполнен с дополнительными радиальными отверстиями, засыпка из токопроводящих гранул размещена между трубчатым электродом и сеткой, а на линиях отвода воды установлены регулируемые дроссели.

Размещение засыпки из токопроводящих гранул между трубчатым электродом и сеткой, снабженной закрепленными на ней двумя диэлектрическими кольцами и диафрагмой из ультрафильтрационного материала, отделяющих камеру с токопроводящими гранулами от дополнительной электродной камеры, для обеспечения подачи воды в которую предназначены радиальные отверстия с пазами, выполненные в нижнем диэлектрическом кольце, а также изменение расхода воды через электродные камеры посредством регулируемых дросселей, установленных на линиях отвода воды, в совокупности позволяет получить в электродной камере с токопроводящими гранулами католит либо анолит (в зависимости от полярности приложенного напряжения) с повышенной степенью концентрации водорода и кислорода.

Изобретение поясняется рисунком, на котором представлено устройство для электроактивации воды.

Устройство включает трубчатый 1 и цилиндрический 2 электроды, коаксиальное расположение которых обеспечивается втулками 3, 4 из диэлектрического материала. Для герметизации зоны контакта между втулками 3, 4 и электродами 1, 2 служат уплотнительные кольца 5, 6. Гранулы 7 из измельченного токопроводящего материала расположены между трубчатым электродом 1 и сеткой 8. По торцам сетки 8 размещены верхнее 9 и нижнее 10 диэлектрические кольца, а на ее наружной поверхности закреплена диафрагма 11 из ультрафильтрационного материала, которая разделяет межэлектродное пространство на основную 12 и дополнительную 13 электродные камеры. Нижнее кольцо 10 имеет симметрично расположенные радиальные отверстия 14 и пазы 15 на наружной поверхности для прохода воды, а на верхнем кольце 9 установлен уплотнительный элемент 16. Для подвода воды предназначена линия 17, соединенная с нижней полостью 18 трубчатого электрода 1, в которой выполнены радиальные отверстия 19 для прохода воды в основную электродную камеру 12 и дополнительные радиальные отверстия 20 для запитки вспомогательной электродной камеры 13. Для отвода активированной воды из электродной камеры 12 предназначена линия 21 с регулируемым дросселем 22, соединенная с верхней полостью 23 трубчатого электрода 1, снабженного радиальными отверстиями 24. Вода из электродной камеры 13 отводится через штуцер 25, линию 26 и регулируемый дроссель 27. Верхняя 23 и нижняя 18 полости трубчатого электрода 1 разделены перегородкой 28.

В качестве засыпки из токопроводящих гранул применим измельченный графит, шунгит. Электроды могут быть изготовлены из устойчивой к электролизу нержавеющей стали, никеля, титана. В качестве материала для сетки применим стеклопластик, углепластик, либо проволока из нержавеющей стали, скрепленная контактной сваркой. Диафрагма может быть изготовлена из эластичного материала с ультрафильтрационными свойствами на основе полиэтилена, полиэтилена с каучуком или каучука, а также из брезента.

Устройство для электроактивации воды работает следующим образом.

Обрабатываемая вода по линии 17 подается в нижнюю полость 18 трубчатого электрода 1 и далее через радиальные отверстия 19 поступает в нижнюю часть основной электродной камеры 12, проходит через зазоры между гранулами 7, частично вдоль сетки 8, отделенной от дополнительной электродной камеры 13 диафрагмой 11 и диэлектрическими кольцами 9, 10, и отводится через радиальные отверстия 24, верхнюю полость 23 трубчатого электрода 1, линию 21, регулируемый дроссель 22. Одновременно вода подается в нижнюю часть электродной камеры 13 через дополнительные радиальные отверстия 20 трубчатого электрода 1, радиальные отверстия 14 и пазы 15 нижнего кольца 10, проходит вверх электродной камеры 13 и отводится через штуцер 25, линию 26 и регулируемый дроссель 27. В зависимости от полярности приложенного напряжения к электродам 1, 2 в дополнительной электродной камере 13 образуется анолит, либо католит, а в основной электродной камере 12, кроме католита или анолита, образующегося между диафрагмой 11 и прилегающими к сетке 8 поверхностями гранул 7, в засыпке из гранул 7 происходит электролиз воды с выделением водорода и кислорода. Регулировкой дросселей 22, 27 осуществляется установка заданного расхода воды через электродные камеры 12, 13, что ведет к незначительному изменению рН и ОВП воды на выходе из камеры 13 и существенному - на выходе из камеры 12, где смешивается большая часть воды, которая проходит через засыпку из гранул 7 и приобретает отрицательное значение ОВП при первоначальной величине рН воды, с меньшим количеством анолита либо католита, образующегося между диафрагмой 11 и прилегающими к сетке 8 поверхностями гранул 7.

Примененная система подачи воды в дополнительную электродную камеру 13 через радиальные отверстия 14 и пазы 15 нижнего диэлектрического кольца 10, обеспечивает минимальные энергетические потери в зоне подвода воды между электродами 1, 2, равномерное перемещение воды по всему объему дополнительной электродной камеры 13 при простоте конструктивного исполнения, а примененный вариант размещения диэлектрических колец 9, 10 на сетке 8 обеспечивает заполнение основной электродной камеры 12 токопроводящими гранулами 7.

Эксплуатационная надежность устройства обеспечивается прилеганием диафрагмы к сетке в широком диапазоне рабочих давлений и расхода воды в камерах электролизера из-за образования избыточного давления на наружной поверхности диафрагмы в дополнительной электродной камере, вследствие перепада давления на токопроводящей засыпке, размещенной внутри основной электродной камеры.

Промышленная применимость заявленного технического решения подтверждается следующим примером. При обработке питьевой воды с общей минерализацией 220 мг/л, значением рН=7,58 и ОВП=+252 мВ на опытной установке с цилиндрическим электродом в качестве катода, трубчатым - в качестве анода, выполненных из нержавеющей стали, сетки, изготовленной из нержавеющей проволоки, скрепленной контактной сваркой, с токопроводящими гранулами из шунгита объемом 0,4 л и диафрагмой из брезента при расходе воды через камеры - вспомогательную 0,18 м³/ч, основную - 0,06 м³/ч и потребляемой мощности 1,6 кВт⋅ч/м³ получен католит с рН=9,65; ОВП=-405 мВ и анолит с рН=2,7; ОВП=-50 мВ, а при равных расходах воды через камеры по 0,12 м³/ч получен католит с рН=10,21; ОВП=-356 мВ и анолит с рН=6,33; ОВП=-170 мВ. При смене полярности подаваемого на электроды напряжения и равных расходах воды через камеры по 0,12 м³/ч в камере с токопроводящими гранулами получен католит с рН=8,94 и ОВП=-296 мВ. Смесь католита с анолитом на выходе устройства, независимо от полярности подаваемого напряжения и соотношения расхода воды через камеры, имеет отрицательный потенциал при нейтральной величине рН=6,9…7,3.

Полученный в электродной камере с засыпкой из токопроводящих гранул католит, имеет повышенную концентрацию молекулярного водорода и кислорода при однократной обработке воды, а анолит, полученный в той же камере, кроме насыщения ионами водорода и кислородом, активируется молекулярным водородом, о чем свидетельствует отрицательная величина его окислительно-восстановительного потенциала. Параметры активации (рН, ОВП) воды устанавливаются посредством изменения расхода воды через электродные камеры устройства.

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

Источники информации, использованные при составлении описания изобретения:

1. В.М. Бахир и др. Электрохимическая активация: история, состояние, перспективы. Под ред. д.т.н., проф. Бахира В.М. - М.: АМТН РФ, ВНИИИМТ, 1999.- С. 15.

2. Пат. 2140881 RU, МПК C02F 1/461. Полученная электролизом вода, содержащая растворенный водород, способ получения электролизом воды и установка для получения электролизом воды / Синкацу Морисава, Санетака Сирахата - №97114611/02, заявл. 26.08.1997; опубл. 10.11.1999.

3. Пат. 2628782 RU, МПК C02F 1/46. Устройство для электроактивации воды / Конюшков А.Л. и др. - №2016123823; заявл. 15.06.2016; опубл. 22.08.2017, Бюл. №24.

Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве, животноводстве, медицине и пищевой промышленности. Устройство для электроактивации воды содержит корпус, образованный вертикально установленными цилиндрическим 2 и трубчатым 1 электродами, скрепленными герметично и коаксиально втулками 3, 4, выполненными из диэлектрического материала, сетку 8, размещенную между одним из электродов 2 и засыпкой 7 из токопроводящих гранул, наибольший размер которых не превышает половины толщины засыпки 7, диафрагму 11, два диэлектрических кольца 9, 10, дополнительную электродную камеру 13, линии для подвода 17 и отвода 21 воды, подключенные к концам трубчатого электрода 1, снабженного радиальными отверстиями 24, 19 в верхней и нижней части и источник тока. Дополнительная электродная камера 13 образована цилиндрическим электродом 2 со штуцером 25 в верхней части, подключенным к линии отвода 26 воды. Диафрагма 11 выполнена из ультрафильтрационного материала, закрепленного на наружной поверхности сетки 8. Два диэлектрических кольца 9, 10 установлены по торцам сетки 8. Верхнее диэлектрическое кольцо 9 выполнено с уплотнительным элементом 16 и размещено на наружной поверхности сетки 8. Нижнее диэлектрическое кольцо 10 содержит симметрично расположенные радиальные отверстия 14 с пазами 15 на наружной поверхности для подвода воды в дополнительную электродную камеру 13 и закреплено на внутренней поверхности сетки 8. Трубчатый электрод 1 выполнен с дополнительными радиальными отверстиями 20. Засыпка 7 из токопроводящих гранул размещена между трубчатым электродом 1 и сеткой 8. На линиях отвода воды 21, 26 установлены регулируемые дроссели 22, 27. Изобретение позволяет повысить биологическую активность воды за счет снижения окислительно-восстановительного потенциала и увеличить концентрацию водорода и кислорода в обработанной воде. 1 ил.

Устройство для электроактивации воды, содержащее корпус, образованный вертикально установленными цилиндрическим и трубчатым электродами, скрепленными герметично и коаксиально втулками, выполненными из диэлектрического материала, сетку, размещенную между одним из электродов и засыпкой из токопроводящих гранул, наибольший размер которых не превышает половины толщины засыпки, линии для подвода и отвода воды, подключенные к концам трубчатого электрода, снабженного радиальными отверстиями в верхней и нижней части для прохода воды и источник тока, соединенный с электродами, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительной электродной камерой, которая образована цилиндрическим электродом со штуцером в верхней части, подключенным к линии отвода воды, диафрагмой из ультрафильтрационного материала, закрепленной на наружной поверхности сетки, и двумя диэлектрическими кольцами, установленными по торцам сетки, при этом верхнее кольцо выполнено с уплотнительным элементом и размещено на наружной поверхности сетки, а нижнее кольцо имеет симметрично расположенные радиальные отверстия с пазами на наружной поверхности для подвода воды в дополнительную электродную камеру и закреплено на внутренней поверхности сетки, трубчатый электрод выполнен с дополнительными радиальными отверстиями, засыпка из токопроводящих гранул размещена между трубчатым электродом и сеткой, а на линиях отвода воды установлены регулируемые дроссели.