УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДНО-СОЛЕВЫХ РАСТВОРОВ

Изобретение относится к области электротехники, в частности к прикладной электрохимии, и может быть использовано для получения анолита и католита из воды и водных растворов.

Известен электрохимический способ получения жидкого анолита и католита из воды и водных растворов, заключающийся в пропускании электрического тока между двумя электродами, установленными на некотором расстоянии друг от друга в обрабатываемой воде. В промежутке между электродами устанавливают нейтральную (неактивную) мембрану, которая делит межэлектродный промежуток на анодную и катодную камеры. При пропускании электрического тока катионы и анионы, концентрированные у прикатодного или прианодного слоя, мигрируют в объем раствора за счет диффузии, конвекции и транспорта ионов в электрическом поле, участвующих в переносе тока. Разделительная нейтральная диафрагма позволяет разделить продукты катодной и анодной реакций и повысить кислотные свойства у анолита и щелочные свойства у католита.

Известен бытовой диафрагменный электролизер [Лечение «живой» и мертвой водой. - СПб.: Лениздат, «Ленинград», 2005. - 320 с. (с. 91-92)] для получения католита («живой» воды) и анолита («мертвой» воды), содержащий водонепроницаемый корпус-сосуд (стеклянную банку), прямоугольные анодный и катодный электроды, выполненные из нержавеющей стали (относящейся к неблагородному проводящему материалу) и закрепленные на диэлектрической крышке корпуса-сосуда, выпрямительный полупроводниковый диод, закрепленный на диэлектрической крышке и подключенный катодом к анодному электроду, водонепроницаемый брезентовый мешочек, помещенный в корпус-сосуд, в который, в свою очередь, помещается анодный электрод, и двухпроводной шнур питания, первый конец первого провода которого соединен с анодом диода, первый конец второго провода подключен к катодному электроду и вторые концы которого оканчиваются вилкой, включаемой в сеть переменного напряжения 220 В.

Недостатком такого устройства для получения активных растворов является низкая эффективность обработки воды, обусловленная незначительным изменением водородного показателя рН, величина которого при такой обработке обычно лежит в диапазоне 6≤рН<7, а окислительно-восстановительного потенциала (редокс-потенциала) Eh - в пределах + (600÷950) мВ.

Наиболее близким к заявляемому устройству является «Установка для электролиза водно-солевых растворов», патент №2475456, МПК C02F 1/461, опубликовано 20.02.2013; бюл. №50. Установка взята за прототип.

Известная установка для электролиза водно-солевых растворов, содержащая диафрагменный электрохимический реактор, разделенный мелкопористой диафрагмой на анодную и катодную камеры, согласно изобретению анодная и катодная камеры имеют прямоугольную форму и снабжены входными и выходными патрубками, при этом внутри анодной и катодной камер для возможности получения турбулентного потока на внутренней горизонтальной поверхности установлены графитовые пластины под углом не более 60° относительно оси движения водного потока и имеющие высоту, удовлетворяющую условию H₀/H₁<150 мм, где Н₀ - высота камеры, a H₁ - высота графитовых пластин.

К недостаткам устройства относятся зависимость уровня рН от расхода воды при неизменной силе тока, повышенный расход электроэнергии на активацию воды, значительные гидравлические сопротивления и сложность конструкции, недостаточная площадь контакта потока воды с электродами.

Техническим решением изобретения является повышение окислительно- восстановительного потенциала и эффективности обработки воды, снижение потребления энергии на обработку и повышение коэффициента полезного действия.

Технический результат достигается тем, что устройство для электролиза водно-солевых растворов, содержащее корпус, диафрагменный электрохимический реактор, разделенный мелкопористой диафрагмой на анодную и катодную камеры, снабженное входным и выходными патрубками, согласно изобретению имеет цилиндрический корпус, диафрагменный электрохимический реактор выполнен в виде двух витых плоских пружин, разделенных с одной стороны мелкопористой диафрагмой, выполненной круглой, а с другой стороны зажатых анодным и катодным электродами, образующими каналы для протока жидкости с возможностью получения турбулентного потока и снабженными в центре электродов выходными патрубками для раздельного вывода анолита и католита, анодный и катодный электроды через уплотнители прижаты к двум плоским концентрическим обмоткам с выводами для подключения системы регулирования рН, содержащей источник питания, оптронную пару, усилитель с потенциометром и датчик проводимости, причем одна обмотка намотана по часовой стрелке, а другая - против, обмотки соединены параллельно с источником питания и последовательно с анодной и катодной камерами.

Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что устройствоимеет цилиндрический корпус, диафрагменный электрохимический реактор выполнен в виде двух витых плоских пружин, разделенных с одной стороны мелкопористой диафрагмой, выполненной круглой, а с другой стороны зажатых анодным и катодным электродами образующими каналы для протока жидкости с возможностью получения турбулентного потока и снабженными в центре электродов выходными патрубками для раздельного вывода анолита и католита, анодный и катодный электроды через уплотнители прижаты к двум плоским концентрическим обмоткам с выводами для подключения системы регулирования рН, содержащей источник питания, оптронную пару, усилитель с потенциометром и датчик проводимости, причем одна обмотка намотана по часовой стрелке, а другая - против, обмотки соединены параллельно с источником питания и последовательно с анодной и катодной камерами.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано устройство в разрезе; на фиг. 2 показан разрез устройства по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 показана функциональная схема работы устройства (устройство на фиг. 2 повертнуто на 90° против часовой стрелки).

Устройство для электролиза водно-солевых растворов содержит цилиндрический плоский корпус 1, диафрагменный электрохимический реактор 2 выполнен в виде двух витых плоских пружин 3, которые разделены круглой мелкопористой диафрагмой 4, имеет входной 5 и выходные патрубки 6, круглые анодный 7 и катодный 8 электроды, через уплотнители 9 к электродам прижаты плоские (дисковые) концентрические обмотки 10 с выводами 11 и 12, систему регулирования рН 13, содержащую управляемый источник питания 14, оптронную пару 15, усилитель 16, потенциометр 17, датчика проводимости 18.

Витые плоские пружины 3, которые совместно с электродами 7, 8 и диафрагмой 4 создают каналы для прохождения жидкости, выполнены из изоляционного материала термической обработкой или формируются посредством 3D-принтера. Сечение этого канала определяется производительностью устройства.

Плоские концентрические обмотки 10 с выводами 11 для подключения источника питания и выводами 12 для соединения с реактором через металлические выходные патрубки 6 для жесткости заливаются компаундом и запекаются. Одна обмотка намотана «по часовой стрелке» другая - «против». Это связано с тем, чтобы при последовательном соединении, согласно конструкции, их магнитные поля суммировались.

Уплотнитель 9 выполнен в виде герметика с хорошими изоляционными свойствами. Выходные патрубки 6 (из нержавеющей стали) соединяются с одной стороны с внутренними выводами 12 плоских концентрических обмоток, а с другой стороны с круглыми электродами 7 и 8. Один из электродов выполнен из нержавеющей стали, другой графитовый. Причем нержавеющая сталь должна быть немагнитной (прозрачной для магнитного поля).

Управляемый источник питания 14 выбирается на максимальный ток реактора 2 и управляется, например, транзистором оптронной пары 15. Потенциометром 17 задается необходимый уровень рН, который контролируется датчиком проводимости 18.

Устройство для электролиза водно-солевых растворов работает следующим образом (фиг. 3).

Жидкость поступает через входной патрубок и распределяется в реакторе 2 между диафрагмой 4. Потенциометром 17 задается необходимый уровень рН. С управляемого источника 14 подается максимальное напряжение. Ток через контакты 11 проходит через верхнюю на схеме плоскую концентрическую обмотку 10, выходной патрубок 6, круглый анод 7 диафрагменного электрохимического реактора 2, замыкается на нижнем по схеме электроде 8, проходит нижнюю по схеме плоскую концентрическую обмотку 10, через нижний выходной патрубок замыкается на «минусе» источника питания.

Идет процесс электролиза воды. При достижении заданного уровня рН поступает сигнал от датчика проводимости 18 на усилитель 16. Последний через оптронную пару 15 снижает выходное напряжение управляемого источника питания 14. Напряжение снижается, уменьшается ток и происходит стабилизация выходного параметра рН.

Преимущества предлагаемого устройства.

1. Жидкость проходит по кольцевым каналам, вращается. Под действием центробежных сил возникает турбулентное движение, что способствует лучшему контакту с электродами.

2. Процесс переноса ионов в движущемся растворе отличается от процесса переноса нейтральных растворенных частиц. На движение ионов оказывают влияние как электрическое, так и магнитное поле. Таким образом, перенос ионов в растворе осуществляется конвекцией, диффузией ионов к электроду и миграцией ионов в электрическом и магнитном полях.

3. Плоские концентрические обмотки имеют малое активное сопротивление в сравнении с водным раствором, поэтому потери в них минимальные, но за счет создаваемого ими электромагнитного поля резко возрастает процесс электролиза и повышается КПД устройства.