Электролизер воды

 

Изобретение относится к области физической очистки воды электролизом и может быть использовано для насыщения питьевой, лечебной и бытовой вод, жидких пищевых продуктов с целью придания бактерицидных и консервирующих свойств. Электролизер содержит корпус, две сообщающиеся через отверстия на боковой поверхности трубчатые емкости, снабженные патрубками, закрепленными на нижнем основании корпуса, и электроды, связанные с источником тока. Трубчатые нетоковедущие емкости смонтированы коаксиально и закрыты общими фланцами, которые зафиксированы периферийными стяжками оснований корпуса, причем в верхнем основании корпуса укреплен электрододержатель, совмещенный с центральной трубчатой емкостью, входной патрубок которой сообщается с отверстиями на боковой ее поверхности через кольцевую проточку электрододержателя и осевой зазор между плоскими серебряными электродами переменной полярности. В нижнем основании корпуса смонтирован дополнительный входной патрубок в наружную трубчатую емкость с противной стороны от выходного ее патрубка. Технический эффект - регулирование и мобильная взаимозаменяемость рабочих расходуемых элементов электролизера, что обеспечивает высокую производительность бактерицидной обработки воды ионами серебра для приготовления чистой воды с повышенными эксплуатационными и потребительскими качествами. 2 ил.

Изобретение относится к области физической очистки воды электролизом и может быть использовано для насыщения питьевой и лечебно-профилактической вод, жидких пищевых продуктов и т.п. с целью придания бактерицидных и консервирующих свойств.

В настоящее время неизвестно консерванта, который по надежности, экономичности и антимикробному действию сравнился бы с водным раствором серебра, полученным анодным растворением металла, так называемой серебряной водой, являющейся реагентом для обеззараживания и консервирования питьевых и минеральных вод, жидких пищевых продуктов, используемых в лечебно-профилактических целях. Серебро является единственным препаратом, который позволяет сохранить высокие санитарно-гигиенические показатели в течение многих месяцев (Кульский Л.А. и др., "Гигиена и санитария", N 1-63, с. 103-104; Кийко В. В. , Уральский ГТУ, http://www.ustu.e-burg.su/main/ inftech/medicine/e24. html).

Уровень техники характеризует ионатор фирмы "Comega" (Франция) типа "Electro Argoligene", "Combine" (Charnicki W.F., Kober M. J.J. of the American, Pharm. Ass, 1955, 44, 1, 25-27) для порционного получения насыщенных серебром вод, который содержит оснащенный сливным патрубком металлический бак с электродами: анод-серебряная пластина толщиной 5 мм, катод - нержавеющая сталь, связанные с источником постоянного тока.

Недостатками этого ионатора является низкая производительность, ограничивающая промышленное использование, неудовлетворительное качество обработки вод из-за наличия металлических деталей в контакте с ней, что при электролизе является предпосылкой инактивации серебра электрода, и снижение концентрации ионов серебра в растворе, которые химически связываются в молекулярные соединения.

Наиболее близким аналогом по числу совпадающих признаков является устройство электролитической обработки воды для улучшения ее свойств и качества, содержащее корпус-емкость с двумя перфорированными электродами, связанными с источником постоянного тока, в основании корпуса смонтированы коммуникационные патрубки с кранами, описанное в патенте RU 2075450, C 02 F 1/461, 1997.

Известное устройство обеспечивает очистку, активацию и иную избирательную обработку воды для улучшения ее качества, однако, не придает бактерицидных и консервирующих свойств.

В основу настоящего изобретения положена техническая задача создания производительного, компактного, переналаживаемого электролизера воды для придания бактерицидных и консервирующих свойств при расширении технологических возможностей и увеличении функциональной его надежности.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном электролизере воды, содержащем корпус, две сообщающиеся через отверстия на боковой поверхности трубчатые емкости, снабженные патрубками, закрепленными на нижнем основании корпуса, и электроды, связанные с источником тока, согласно изобретению, трубчатые нетоковедущие емкости смонтированы коаксиально и закрыты общими фланцами, которые зафиксированы периферийными стяжками оснований корпуса, причем в верхнем основании корпуса укреплен электрододержатель, совмещенный с центральной трубчатой емкостью, входной патрубок которой сообщается с отверстиями на боковой ее поверхности через кольцевую проточку электрододержателя и осевой зазор между плоскими серебряными электродами переменной полярности, а в нижнем основании корпуса смонтирован дополнительный входной патрубок в наружную трубчатую емкость, с противной стороны от выходного ее патрубка.

Отличительные признаки позволили создать регулируемую в широких технологических пределах, мобильную, ремонтопригодную, производительную установку для бактерицидной обработки воды насыщением ионами серебра, которые дополнительно обеспечивают высокое консервирующее свойство, то есть готовить чистую воду с повышенными эксплуатационными и потребительскими качествами.

Предложенное техническое решение характеризуется обработкой воды на протоке с большой производительностью вариативного по количеству растворения серебра.

Выполнение трубчатых емкостей устройства из нетоковедущих полимерных материалов для пищевых продуктов обеспечивает электрохимически нейтральную среду содержания обрабатываемой воды, где исключается возможность образования посторонних примесей, вкусов и запахов.

Размещение трубчатых емкостей коаксиально между закрывающими торцы общими фторопластовыми фланцами позволило создать компактную замкнутую систему циркуляции обрабатываемой воды по заданному технологией тракту с разделением функций: центральная емкость - корпус электролитического ионатора, а наружная емкость - дозирующий смеситель.

Фиксирование фланцев периферийными стяжками металлических оснований корпуса изолирует технологический электролитический ионатор от силовой несущей конструкции, при этом обеспечивается возможность мобильной разборки для плановой замены электродов в структуре взаимозаменяемого электрододержателя и профилактических санитарно-технических работ.

Укрепление в верхнем основании корпуса электрододержателя, который геометрически совмещается с центральной трубчатой емкостью, обеспечивает сокращение межоперационного времени на смену, закрепленных в нем, израсходованных в работе электродов. Монтаж пластинчатых электродов и регулировка зазора между ними осуществляются вне устройства, независимо от рабочего цикла, что повышает производительность бактерицидной обработки воды в электролизере с минимальным вспомогательным временем переналадки, потребным на смену электрододержателей.

Коммуникационная связь выходного патрубка наружной трубчатой емкости (смесителя) с входным патрубком центральной трубчатой емкости (ионатора) через сквозные отверстия на боковой поверхности последней, кольцевую проточку электрододержателя и осевой зазор между плоскими электродами создает рабочий объем воды, определяет направление и распределение потоков, позволяет устанавливать и регулировать режимы электролитической обработки питьевой и лечебно-профилактической вод, жидких пищевых продуктов и т.п.

Выполнение двух серийных электродов в виде плоских пластин при циклическом изменении их полярности стабилизирует электролитический процесс анодного растворения серебра с равномерным расходованием массы электродов, повышает производительность и продолжительность непрерывной работы электролизера.

Установка в нижнем основании корпуса дополнительного входного патрубка в наружную трубчатую емкость с противной стороны от выходного ее патрубка увеличивает технологические и функциональные возможности устройства. Во-первых, это позволяет динамично и производительно генерировать в электролитическом ионаторе концентрат серебра в воде, который затем автоматически разбавлять в смесителе до требуемого содержания и растворе ионов серебра посредством дозированной подачи дополнительного объема чистой воды встречным восходящим потоком, что обеспечивает турбулентность при перемешивании и равномерность концентрации серебра в готовом продукте. Во-вторых, через дополнительный входной патрубок возможно проводить автоматически, без разборки устройства, профилактическую мойку санитарными жидкостями.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, нового сверхэффекта, неприсущего признакам в разобщенности, то есть получен эффект суммы, а не сумма эффектов, решена задача изобретения.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, который имеет только иллюстративные цели и не ограничивает объема прав совокупности признаков формулы, где изображены: на фиг. 1 - общий вид электролизера, продольный разрез; на фиг. 2 - электрододержатель в аксонометрии.

Устройство формообразует две трубчатые емкости 1 и 2, центральную и наружную соответственно, смонтированные коаксиально. Обе трубчатые емкости 1 и 2, выполненные из полиэтилена, ПВХ с торцев закрыты общими фторопластовыми (Ф-4 ГОСТ 10007-80) фланцами 3, 4, которые нагружены металлическими (сплав Д16, ГОСТ 4784-74) основаниями 5 и 6, нижним и верхним соответственно, посредством периферийных стяжек 7 с гайками 8, образующими несущий корпус электролизера. Жесткость конструкции создается закручиванием до упора с моментом 5 кгм гаек 8 на стяжках 7, а герметичность - посредством резиновых прокладок 9 под наружную трубчатую емкость 2.

На боковой поверхности в верхней части центральной трубчатой емкости 1 выполнены сквозные отверстия 10, соосные кольцевой проточке 11 фторопластового электрододержателя 12, который совмещается с внутренней поверхностью трубчатой емкости 1 и опирается через резиновую прикладку 13 в верхний фланец 4. Положение электрододержателя 12 в трубчатой емкости 1 фиксируется гайкой 14 верхнего основания 6.

С нижнего торца электрододержателя 12 (фиг. 2) выполнен продольный паз 15 длиной до кольцевой проточки 11, в котором посредством двух фторопластовых винтов 16 (фиг. 1) каждая закреплены две плоские (толщиной 5 мм и шириной 35 мм) пластины - электроды 17 из серебра 99,99% по ГОСТ 7221-80. Зазор между пластинами 17 составляет 6 мм. Электроды 17 через уплотненные и припаянные тоководы 18, смонтированные в электрододержателе 12, связаны с источником 19 постоянного тока, который включает автоматический коммутатор 20 полярности и выпрямитель 21.

В нижнем фланце 3, на основании 5 смонтированы фторопластовые патрубки 22, 23 и 24: входной центральной трубчатой емкости 1, выходной электролизера и дополнительный входной наружной емкости 2 соответственно. Дополнительный входной патрубок 24 наружной емкости 2 расположен диаметрально выходному патрубку 23.

Работает электролизер воды от сети переменного тока следующим образом. От выпрямители 21 постоянный ток напряжением 12В подается на два серебряных электрода 17 разной полярности. Вода на обработку поступает через патрубок 22 внутрь трубчатой емкости 1. Поток воды объемом 3000 л/ч проходит между электродами 17, где под действием электрического тока плотностью 0,15...5,0 мА/кв.см происходит электролитическое растворение ионов серебра с анода. Коммутатором 20 автоматически через 10 мин осуществляется реверсирование полярности на электродах 17, чем обеспечивается равномерность расходования серебра на них.

В кольцевой проточке 11 электрододержателя 12 обработанная вода - раствор серебра в воде концентрацией 0,1...2,0 мг/л затормаживается, перемешивается и через отверстия 10 меньшей площади сечения струйно истекает в полость трубчатой емкости 2, образуя завихрения для турбулентного перемешивания в объеме, которое служит равномерному распределению серебра в растворе, его однородности. Обработанная вода из электролизера сливается через патрубок 23.

Для повышения производительности или при дезинфекции и консервировании питьевой воды используется подача в полость трубчатой емкости 2 дополнительного объема чистой воды через входной патрубок 24 восходящим потоком, встречно раствору из отверстий 10 трубчатой емкости 1 на перемешивание, при котором происходит регулируемое снижение концентрации серебра. Так, ориентировочные дозировки серебра в растворе составляют, мг/л: питьевая вода - 0,05 -0,5 минеральная вода - 0,4 - 0, 6 лечебная вода - 2,0 Расход серебра с электродов 17 составляет 0,05 - 0,25 г на 1000 л воды. Дозирование и учет вводимого серебра производится по расходу электроэнергии.

После физического износа электродов 17 выкручивают гайку 14 и извлекают электрододержатель 12 из трубчатой емкости 1, взамен которого монтируют ранее приготовленный в сборе с новыми электродами 17 электрододержатель 12.

Антимикробный спектр серебра достаточно широк, в частности серебро убивает грамположительные и грамотрицательные микроорганизмы, а также вирусы. Наибольшей активностью серебро обладает в отношении патогенных бактерий, является высокоэффективным средством, уничтожающим такие условнопатогенные микроорганизмы как Proteus vulgaris, Вас, cereus, которые интенсивно размножаются в воде, сохраняемой длительное время, и Legionella pneumophilia, организм, который является широко распространенным в малых количествах внутри источников природной воды (http//silverinstitute. org/news/prwaterl. htm).

Характер процесса электролитического растворения серебра зависит как от условий электролиза, так и от состава примесей, взвесей и растворенных в воде солей, которые влияют на протекание процесса в той мере, в какой они образуют на поверхности серебра плотные пленки, делающие электроды малорастворимыми, или же изменяют электрохимические реакции на электродах.

Наличие в воде хлоридов приводит к образованию на серебряном аноде (обоих электродах) пленки хлорида серебра, затрудняющей растворение металла и, следовательно, понижающей выход серебра по току.

Большое количество сульфата мешает электролитическому растворению серебра из-за выделения на аноде кислорода. Однако в обычных питьевых водах, в которых содержание хлоридов составляет 10 - 30 мг/л, а сульфатов не превышает 25 - 50 мг/л, выход по току составляет около 90%. Аналогично хлоридам влияют карбонаты, сульфиды и фосфаты.

Из всех солей, реагирующих с ионами серебра с образованием нерастворимых соединений, в природных водах распространены лишь хлориды и сульфаты; сульфиды и фосфаты встречаются очень редко. При больших количествах Cl-ионов в воде лишь самая незначительная часть серебра остается в виде свободных ионов, естественно что скорость обеззараживания снижается.

Сохранять серебряную воду необходимо в такой таре, на поверхности которой происходила бы наименьшая адсорбция серебра, для обеспечения ее высоких санитарно-гигиенических показателей.

Установлено, что емкости, выполненные из металлов, стоящих левее серебра в ряду напряжений, из стали, алюминия, оцинкованного железа и др., непригодны для долговременного хранения питьевой воды, содержащей серебро, так как последнее восстанавливается до металлического и его бактерицидное действие почти полностью прекращается. Кроме того, активизируется электрохимическая коррозия материала тары.

В настоящее время серебряная вода используется в интенсивной терапии и при трансплантации сердца, для обработки домашней птицы, пивоварении, в технике, градирнях, плавательных бассейнах и др.

Следует иметь в виду влияние анионов хлора, учитывая практику и объем хлорирования питьевой воды, на выход серебра при электролизе: концентрация Cl^-, мг/л: 2,0; 20,0; 60,0; выход Ag⁺,%: 95,0; 91,1; 63,4.

Поэтому рекомендуется на входе электролизера устанавливать молекулярный фильтр и адсорбер.

Хлопья и муть различного происхождения в природной воде уменьшают эффективность обеззараживания ее серебром. На процесс обеззараживания воды серебром отрицательно действуют и высокомолекулярные органические соединения, обуславливающие цветность воды, так как они сорбируют ионы серебра. Поэтому при высокой мутности и цветности воду перед обработкой серебром необходимо подвергать коагулированию и фильтрованию. Влияние других веществ, содержащихся в питьевой воде, на действие серебра невелико, поэтому практического значения не имеет.

Сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого оно явным образом не следует для специалистов по водоснабжению и электротехнике, показал, что конструкция этого электролизера неизвестна, а учитывая, что серийное его производство возможно на обычном предприятии, следует вывод о соответствии изобретения критериям патентоспособности.

Формула изобретения

Электролизер воды, содержащий корпус, две сообщающиеся через отверстия на боковой поверхности трубчатые емкости, снабженные патрубками, закрепленными на нижнем основании корпуса, и электроды, связанные с источником тока, отличающийся тем, что трубчатые нетоковедущие емкости смонтированы коаксиально и закрыты общими фланцами, которые зафиксированы периферийными стяжками оснований корпуса, причем в верхнем основании корпуса укреплен электрододержатель, совмещенный с центральной трубчатой емкостью, входной патрубок которой сообщается с отверстиями на боковой ее поверхности через кольцевую проточку электрододержателя и осевой зазор между плоскими серебряными электродами переменной полярности, а в нижнем основании корпуса смонтирован дополнительный входной патрубок в наружную трубчатую емкость с противной стороны от выходного ее патрубка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2