Спосіб очищення води електричними розрядами та пристрій для його реалізації

1. Спосіб очищення води електричними розрядами, що включає її обробку електричними розрядами, які утворюються у воді між розрядними електродами, при протіканні води, що обробляється, крізь отвори, який відрізняється тим, що електроди розділяють діелектричною діафра гмою з отворами й розряд створюють в отворах, подаючи напругу на електроди від джерела електроенергії. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що використовують напругу постійного або змінного, або імпульсного струмів. 3. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що для створення розряду використовують імпульси напруги, частоту яких fi визначають із співвідно Винахід відноситься до електротехніки, конкретно до електророзрядних пристроїв, в яких використовуються фізичні явища, що виникають при високовольтному імпульсному електричному розряді в рідинах та може бути використаним для обробки питної і стічної вод промислових, сільськогосподарських та комунальних підприємств, а також в медицині, мікробіології тощо. Відомі спосіб та пристрій для обробки та знезараження рідин з допомогою електричних розрядів безпосередньо у самій рідині [патент РФ №2019518, МПК5 С02F1/46, опубл. 15.09.94] [1]. Згідно із способом [1], імпульсну напругу подають на електроди, розташовані у воді, і вода обробляється плазмовим шнуром імпульсного електричного розряду, що утворюється при наскрізному пробої в проміжку між вістрями електродів. Спосіб реалізовано у пристрої, що містить сферичний корпус, всередині якого вмонтовані ізольовані стрижні-електроди з конусними загостреннями робочих кінців. Стрижень-катод може виставлятись перед будь-яким із стрижнів-анодів, виготовлених з різних металів. Недоліком такого способу та пристрою, що використовують наскрізний пробій, є те, що об'єм розрядного каналу дуже обмежений: просторові розміри його знахо (13) 77676 (19) UA (11) води в отворах, м/с, l ф - довжина факела, м. 4. Пристрій для очищення води електричними розрядами за способом п.1, що містить розрядний електрод і корпус, який відрізняється тим, що корпус виконаний електропровідним, в корпусі додатково розташована діелектрична діафрагма, яка виконана у вигляді ємності з отворами, розрядний електрод розміщений в діелектричній ємності, а другим розрядним електродом є корпус, електрод і корпус підключені до джерела електроенергії. 5. Пристрій за п.4, який відрізняється тим, що корпус, діелектрична ємність і електрод мають осьову симетрію, наприклад циліндричну або багатогранну, і розташовані співвісно. C2 шення fi = n в / l ф , де n в - швидкість протікання 3 77676 4 дяться в межах міжелектродної відстані і кількох ній ізоляції. мм в діаметрі. Через обмежені розміри каналу за Таким чином, недоліками способу і пристрою один розряд обробляється незначний об'єм води. за відомими технічними рішеннями [2] є значні Крім того, через високу концентрацію енергії, її питомі енергозатрати на обробку води, малий виділення у воді має вибуховий характер і тому ресурс роботи та повторне забруднення очищемайже вся вона витрачається на утворення уданої води. рної хвилі і на утворення плазми, а не хімічних Задачею винаходу, що пропонується, є ствосполук, що очищують воду. Ще один суттєвий рення способу очищення води електричними рознедолік полягає в тому, що весь розрядний струм рядами та пристрою для його реалізації, в яких прив'язаний до кінчиків електродів, через що воспеціальна організація розряду в об'ємі води, що ни швидко руйнуються внаслідок термічної ерозії обробляється, та конструктивне оформлення і пристрій має низький ресурс роботи. Продукти пристрою для отримання розряду забезпечили б ерозії залишаються в "очищеній" воді. Через це суттєве зменшення питомих енерговитрат на такий спосіб очищення води не забезпечує дообробку води, збільшення ресурсу роботи присить ефективного очищення, енергетично надстрою та усунення повторного забруднення очизвичайно затратний і тому екологічно та економіщеної води. чно невигідний. Для вирішення поставленої задачі запропоНайбільш близьким аналогом до винаходу за новано спосіб, що включає обробку води електтехнічною суттю і результатом, що досягається, є ричними розрядами, які утворюються у воді між спосіб і пристрій для обробки води незавершерозрядними електродами, при протіканні води, ними електричними розрядами [патент СССР що обробляється, крізь отвори, за яким, згідно з №1820897, МПК С02F1/46, В03С5/00, опубл. винаходом, електроди розділяють діелектричною 07.06.93] [2]. діафрагмою з отворами і розряд створюють в отСпосіб полягає у тому, що на електроди, розворах. ташовані у воді, що обробляється, подається Розряд створюють, використовуючи напругу імпульсна напруга і розряд, який виникає між нипостійного або змінного, або імпульсного струмів. ми, не доводять до наскрізного пробою, а воду При цьому для створення розряду викорисобробляють факелами, що прив'язані до електтовують імпульси напруги, частоту яких fi визнародів. чають із співвідношення Пристрій для реалізації цього способу містить fi=n в/lф , технологічну камеру з діелектричним корпусом, де nβ - швидкість протікання води в отворах, всередині камери розташовані два електродим/с, Іф - довжина факела, м. перегородки, виконані у ви гляді плоскопаралельПоставлена задача вирішується також заних площин з металевої фольги, покритих з обох пропонованим пристроєм, що включає розрядний сторін діелектриком. В електродах виконані отвоелектрод і корпус, в якому згідно з винаходом в ри діаметром 1-5мм для протікання води та конкорпусі додатково розташована діелектрична такту електрода з водою. При подачі на електродіафрагма, яка виконана у вигляді ємності з ди імпульсів високої напруги в міжелектродному отворами, розрядний електрод розміщений в проміжку виникає електричний розряд. Цей роздіелектричній ємності, а другим розрядним елекряд концентрується в окремих точках на кромках тродом є корпус; при цьому корпус, діелектрична електродів в отворах, створюючи біля останніх ємність і електрод мають осьову симетрію, налокальні точки концентрації струму та обробки приклад циліндричну або багатогранну, і розтаводи. При цьому в зонах концентрації струму шовані співвісно. швидко руйнуються електроди, зокрема через те, Досягнення позитивного результату пов'язащо виготовлені з тонкої фольги. В даному випадне з тим, що завдяки розташуванню діелектричку руйнується ще й ізоляція. Продукти руйнуванної ємності з отворами між електродами (електня також залишаються у очищеній воді і осідають род та корпус) на відстані від них, подача на поверхнях корпусу та ізоляції електродів. Ці імпульсу напруги призводить до того, що розряди фактори призводять до того, що пристрій за давиникають не на поверхні електродів і не збоку ним способом [2j не забезпечує достатніх е феквід отворів, як в [2], а безпосередньо в отворах тивності очистки води та ресурсу його роботи. діелектричної ємності. Факел розряду при цьому Крім того, розряд в таких умовах розвивається розвивається в обидва боки від отвору в сторону біля отворів (збоку від отворів) з окремих точок кожного з електродів не досягаючи їх поверхні, кромки в глибину розрядного проміжку. Через це, тобто не виникає надзвичайно енергозатратного як витікає з технічної суті способу і пристрою, наскрізного пробою міжелектродного проміжку. далеко не вся вода, що проходить через отвори, Розгалужений факел, що розвивається назустріч обробляється. Це потребує багаторазової прокапотоку води (в сторону електрода всередині діечки води через пристрій для її повної обробки, що лектричної ємності), обробляє певну зону води в свою чергу потребує підвищених затрат енергії. перед отвором і напроти нього. Далі ця оброблеРуйнування електродів призводить до зменшенна вода проходить в отвір. Коли оброблена вода ня ресурсу роботи пристрою, до повторного зазакінчує ви ходити з отвору в сторону корпусу, на бруднення очищеної води продуктами руйнуванелектроди надходить новий імпульс напруги. При ня електродів та до додаткових втрат цьому факел в сторону елемента підведення електроенергії через безрозрядне перетікання води обробляє нову порцію води, а факел в стоструму між електродами по електропровідних рону відведення води навздогін повторно обробпродуктах руйнування, які осіли на міжелектродляє воду, що пройшла обробку попереднім імпу 5 77676 6 льсом. З викладеного видно, що у запропоновано - не має принципового значення. Після заповному пристрої досягається економія електроененення пристрою водою для обробки, включається ргії завдяки практично повній обробці води факеДІС. При надходженні імпульсу напруги від ДІС лами, які формуються безпосередньо в потоці на електроди 3 і 1 виникає імпульсний струм, що води в отворах. При цьому, в пристрої за винахопротікає через отвори 4 діелектричної ємності 2. дом, завдяки розташуванню розряду безпосереКонцентрація струму в отворах призводить до дньо в отворі, повна обробка всієї проточної води того, що розряди виникають не на поверхні елекдосягається за одноразове її протікання через тродів, не збоку від отворів, а безпосередньо в пристрій, чого не можна досягти у пристрої [2]. отворах 4 діелектричної ємності 2. Факел розряду Крім того, при синхронізації протікання води з 6 при цьому розвивається в обидва боки від подачею імпульсів від джерела імпульсних струотвору в сторону кожного з електродів не досямів за способом, що пропонується, можна досяггаючи їх поверхні, тобто не виникає наскрізного ти подвійної обробки води без подвійної затрати пробою міжелектродного проміжку. Розгалужений електроенергії, що не складає принципових трудфакел, що розвивається назустріч потоку води (в нощів. Завдяки цьому питомі енерговитрати зместорону елемента підведення води), обробляє ншуються. Загальні витрати електроенергії поріпевну зону води перед отвором і напроти нього. вняно з [2] зменшуються у стільки разів, скільки Далі ця оброблена вода проходить в отвір. Коли разів потрібно пропустити воду через пристрій [2] оброблена вода закінчує виходити з отвору в для її повної обробки. сторону елемента відведення води, на електроди Відсутність контакту розрядного факела з надходить новий імпульс напруги. При цьому електродами забезпечує відсутність їх ерозії, що частина факела 6, що розвивається в сторону призводить до збільшення ресурсу роботи приелемента підведення води 3, обробляє нову порстрою за винаходом, а також повністю виключає цію води, а друга частина факела 6, що розвиваповторне забруднення очищеної води продуктається в сторону стінки корпуса 1, повторно оброми ерозії. бляє воду, що пройшла обробку попереднім Таким чином, спосіб та пристрій за винахоімпульсом і витікає з отвору. Оброблена вода дом дозволяють суттєво знизити питомі затрати відводиться з допомогою елемента 5. Його розелектроенергії на обробку води, виключити поташування вище робочих отворів 4 гарантує завторне забруднення очищеної води продуктами повнення водою всіх отворів 4. Як видно з Фіг., ерозії та набагато збільшити ресурс роботи призавдяки розташуванню розряду безпосередньо в строю (принаймні за рахунок електродів). отворах, повністю оброблюється вся проточна Порівняльний аналіз з відомими технічними вода. Більше того, при певній синхронізації протірішеннями показує, що спосіб очищення води кання води і подачі імпульсів від джерела імпульелектричними розрядами та пристрій для його сних струмів, можна досягти подвійної обробки реалізації, які заявляються, відрізняються від води без подвійної затрати електроенергії, що не схожих рішень іншими засобами організації розскладає принципових тр уднощів. Для цього на рядного проміжку та спрощенням конструктивної електроди подають імпульси напруги, частоту побудови самого пристрою, що дозволяє досягти яких fi визначають із співвідношення вказаного вище позитивного результату. На осfi=n в/Іф , нові викладеного можна зробити висновок, що де n в - швидкість протікання води в отворах, сукупність суттєвих ознак, яка подається у форм/с, Іф - довжина факела, м. Технічно забезпечимулі винаходу, є необхідною і достатньою для ти таку синхронізацію нескладно. Так, наприклад, досягнення нового технічного результату, що при n в=20мм/с (самоплив води), Іф =10мм (з однозабезпечується цим винаходом. го боку діафрагми) fі складає всього 2Гц. ДжереВинахід пояснюється кресленням (Фіг.), на ла імпульсних стр умів з такою частотою імпульсів якому представлене схематичне зображення і навіть із значно більшими частотами є технічно пристрою. Пристрій містить електропровідну (мепростими. талеву) ємність - корпус 1, в якому міститься діеВідсутність контакту розрядного факела з лектрична ємність 2, а в ній – електропровідний електродами забезпечує відсутність їх ерозії і (металевий) порожнистий електрод 3, що може відповідного забруднення очищеної води продукбути одночасно елементом підведення води. Діетами ерозії. За даними досліджень авторів виналектрична ємність 2 має отвори 4. На корпусі 1 ходу та інши х авторів [Э.М.Дробышевский и др., розміщений елемент відведення обробленої води ЖТФ, 1973, т.43, в.6, с.1217-21] [3] також відсутня 5. Джерело імпульсних стр умів (ДІС/ підключене або мінімальна ерозія стінок отвору в діелектричдо електрода 3 та до корпусу 1, які і являються ній перегородці між обома об'ємами води, особробочими електродами. При подачі імпульсів ливо коли вона має малу товщину. напруги від ДІС на електроди 3 і 1, імпульсний Таким чином, спосіб та пристрій, що пропострум, що виникає і протікає через отвори 4 діенуються, завдяки спеціальній організації розряду лектричної ємності 2, створює електророзрядний та відповідній побудові конструкції забезпечують факел 6 в кожному з отворів 4. Факел 6 простягазниження питомих енерговитрат на обробку води, ється на певну відстань в обидва боки від отвору. вищий ресурс роботи, виключають повторне заРобота пристрою. При роботі з пристроєм, бруднення очищеної води від ерозії електродів, ДІС підключається до елемента підведення води спосіб також дозволяє спростити конструкцію 3 та до корпусу 1 як робочих електродів. Полярпристрою. ність підключення та який з полюсів ДІС заземле 7 Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а 77676 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601