Пристрій для очищення та озонування води електричними розрядами

Реферат: UA 109894 U UA 109894 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електророзрядної обробки води з метою її очищення від фізичних та хімічних забруднень, обеззаражування, озонування. Може бути використана для обробки питної і стічної вод комунальних, промислових, сільськогосподарських підприємств, в медицині, мікробіології тощо. Відомий пристрій [1] для електророзрядної обробки води з метою розкладання і видалення органічних барвників, видалення інших забруднень та обеззаражування за допомогою підводного розряду. Пристрій містить корпус у вигляді куба. Його внутрішній об'єм поділено діелектричною площиною на дві частини, кожна з яких наповнена водою. В площині під водою є отвір діаметром 0,65 мм, напроти якого з обох сторін площини розташовані електроди. На електроди подається постійна напруга, внаслідок чого в отворі виникає розряд постійного струму, плазма якого обробляє воду справа і зліва від пластини. Для обробки всієї води в обох половинах пристрою, кожна з половин має перемішувач. Недоліком такого пристрою є те, що обробляється тільки певний об'єм води, а для обробки більшої кількості потрібно перезаливати воду. Крім цього, застосування постійного струму призводить до активного руйнування отвору площини і відповідно до повторного забруднення води, що очищується. Пристрій придатний практично тільки для наукових досліджень. Відомі спосіб та пристрій для обробки води незавершеними електричними розрядами [2]. Пристрій за цим способом включає металевий ємнісний (чашоподібний) корпус, в якому розташована діелектрична діафрагма також у вигляді чашоподібної ємності з отворами, розрядний електрод, що розміщений в діафрагмі, а другим розрядним електродом є корпус, при цьому корпус, діелектрична ємність і електрод мають осьову симетрію і розташовані співвісно. Обробка води виконується розрядами, які запалюються в отворах при подачі напруги на електрод відносно корпусу. При цьому розряд виникає з обох сторін отвору, не досягаючи електродів, і факели розряду обробляють воду, що протікає крізь ці отвори. Недоліками цього пристрою є складна конструкція і відповідно висока вартість, а також погана ремонтоздатність, оскільки заміна діафрагми потребує розбирання всього пристрою. Задачею корисної моделі, що заявляється, є створення такого пристрою для очищення та озонування води, в якому за рахунок конструктивної побудови досягається новий технічний результат: спрощення конструкції пристрою, зменшення його вартості та підвищення ремонтоздатності. Поставлена задача вирішується тим, що у запропонованому пристрої, що включає вісесиметричний корпус, електрод, діелектричну діафрагму з отворами, джерело електроенергії, згідно з корисною моделлю, корпус пристрою виконано діелектричним у вигляді труби, діафрагму з отворами виконано у вигляді пластини і розміщено в корпусі перпендикулярно до його поздовжньої осі, з'єднання її по периметру з тілом корпусу виконано монолітним, електрод розміщено безпосередньо в корпусі з однієї сторони діафрагми, а з другої сторони діафрагми, також в корпусі, розміщено другий електрод, обидва електроди вставлено у вигляді кілець, що прилягають до внутрішньої поверхні корпусу і приєднано до джерела електроенергії, монолітне з'єднання діафрагми з корпусом виконано з електричною міцністю, яка відповідає максимальній міжелектродній робочій напрузі, перед першим електродом і після другого електрода в напрямі потоку на корпусі встановлено роз'єднувачі корпусу з трубопроводом подачі води. Досягнення позитивного результату пов'язано із зміною конструкції діафрагми і конструкції розташування її в корпусі, а також з трубчатим виглядом пристрою і простотою його монтажу в трубопровід подачі води. Застосування пластинчатої діафрагми з отворами суттєво спрощує пристрій, оскільки відпадає необхідність за прототипом виготовлення діафрагми у вигляді спеціальної ємності, яке потребує спеціальних видів діелектричного матеріалу, технології та обладнання для формування (виготовлення) такої ємності. Таким чином, виконання діафрагми у вигляді пластини з отворами суттєво здешевлює пристрій. Таке ж спрощення і здешевлення пристрою досягається через виконання корпусу простим трубчатим, а не ємнісним (чашоподібним), як в прототипі, виготовлення якого також потребує спеціального обладнання і підвищених трудозатрат. Простий характер встановлення пластинчатої діафрагми у корпусі, за корисною моделлю, також спрощує і здешевлює пристрій, оскільки виключає необхідність створення спеціальної конструкції для фіксації ємнісної (чашоподібної) діафрагми в корпусі за прототипом. Ця конструкція кріплення має бути складною, оскільки діафрагма потребує не тільки закріплення, а ще й важкодосяжної фіксації однакової відстані від отворів діафрагми до поверхні корпусу для забезпечення виникнення розрядів у всіх отворах і їх однаковості за параметрами. Встановлення пластинчатої діафрагми перпендикулярно осі корпусу у корисній моделі не складає проблеми. Монолітність з'єднання діафрагми з корпусом забезпечуються також простими засобами, наприклад водостійким клеєм. Однаковість і стабільність відстані від 1 UA 109894 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 діафрагми (від отворів) до електродів забезпечено автоматично з монтажем діафрагми і електродів. Забезпечення електричної міцності монолітного з'єднання між діафрагмою і корпусом, відповідно до робочої напруги, потрібне, щоб виключити можливі часткові розряди на межі діафрагми і стінки корпусу, які будуть зменшувати загальну потужність розряду через отвори і руйнувати зону стику діафрагми з корпусом. Електроди корисної моделі суттєво простіші за конструкцією порівняно з прототипом, мають меншу масу і також не потребують спеціальних конструктивних елементів для закріплення в потрібному взаємному розташуванні, як це потрібно за прототипом [2]. Всі елементи корисної моделі не потребують спеціальних або екзотичних матеріалів. Це також робить внесок у здешевлення корисної моделі порівняно з прототипом. На кінцях корпусу пристрою, за корисною моделлю, за електродами встановлено роз'єднувачі корпусу з робочим трубопроводом, що забезпечує простий монтаж і демонтаж пристрою у робочу лінію обробки води. Як видно з викладеного, у корисній моделі, що заявляється, простота конструкції поєднується з низькою вартістю її елементів, її виготовлення і всього пристрою в цілому. Це дозволяє ремонт пристрою при пошкодженнях звести до простого видалення його з робочої лінії і заміни новим екземпляром. Таким чином, пристрій за корисною моделлю забезпечує значне спрощення конструкції, суттєве зниження затрат і вимог до матеріалів на його виготовлення, просте включення в лінію обробки води і просту ремонтоздатність, що в результаті складає суттєве здешевлення пристрою, підвищення його експлуатаційних характеристик і можливостей. Порівняльний аналіз з відомими рішеннями показує, що пристрій, який заявляється, відрізняється від схожих рішень іншими засобами і конструкцією розрядного проміжку та спрощенням конструктивної побудови пристрою в цілому, що дозволяє досягти вказаних вище позитивних результатів. На основі викладеного можна зробити висновок, що сукупність суттєвих ознак, яка подається у формулі корисної моделі, є необхідною і достатньою для досягнення нового технічного результату: спрощення конструкції, зменшення вартості, підвищення ремонтоздатності. Корисна модель пояснюється кресленням, на якому подано схематичне зображення пристрою. Пристрій містить діелектричний корпус у вигляді труби 1, в якому міститься діелектрична пластинчаста діафрагма 2 з отворами 3, біля яких утворюються факели розряду 4. З обох сторін від діафрагми містяться електроди 5. На кінцях корпусу розміщено роз'єднувачі (роз'єднувально-з'єднувальні елементи) 6 для з'єднання пристрою з робочим трубопроводом 7 подачі води для оброблення розрядами. Електроди пристрою 5 підключені до джерела електричної енергії ДЕЕ. Робота пристрою. Пристрій може працювати при будь-якому виді напруги: постійній, змінній (50 Гц та ін.), імпульсній тощо. Тут розглядається робота на імпульсній напрузі. Після подачі води для обробки з трубопроводу 7 в пристрій 1 включається імпульсна напруга на електроди 5 від джерела електроенергії ДЕЕ. Полярність підключення електродів не має суттєвого значення. При надходженні імпульсу напруги на електроди 5, виникають розряди не на електродах, а в отворах 3. При цьому розряд виникає в отворі, але його плазмові факели 4 простягаються від отворів в сторону електродів 3 з одночасним поперечним розширенням і збільшенням факелів 4 в об'ємі, що сприяє більшому об'єму оброблюваної води. Як виявилось, така прив'язка факелів та присутність води - хорошого охолоджуючого фактора, забезпечують незначну руйнацію отвору. Факели 4 одночасно розвиваються в обидві сторони від діафрагми. Завдяки цьому оброблена факелом 4 вода з боку потоку води, що натікає (перед діафрагмою) 4, потоком заноситься через отвір на другу сторону діафрагми і при певній частоті розрядних імпульсів наступним імпульсом обробляється повторно (навздогін) факелом уже з другої сторони діафрагми, як і у [2]. Це підвищує ефективність роботи пристрою. Факели 4 розрядів в отворах 3 не досягають електродів 5 (такі розряди називаються незавершеними) і тому електроди не зазнають електричної ерозії. Через це до матеріалу нема спеціальних вимог, крім технологічності виготовлення, електропровідності та нейтральності до води. При дослідженнях в Інституті електродинаміки діафрагмового розряду (незавершеного електричного розряду), який застосовується у корисній моделі, що заявляється, була проведена оцінка енергетичної ефективності обробки води у пристрої за корисною моделлю (креслення) у порівнянні з даними, розрахованими і наведеними в [3] за даними аналога [1]. В обох роботах проводилося видалення метиленової сині з її розчину у воді. При обробці розчину в пристрої, що заявляється (креслення), одержано такі результати з енергетичного виходу: 0,0945 грам/кВт*г, 0,062 і 0,058 грам/кВт*г. За даними аналога [1] енергетичний вихід склав 0,042 грам/кВт*г ([3], стор.24, Табл.1). Тобто обробка розчину метиленової сині за корисною моделлю порівняно з аналогом [1] виявила результат у 0,0945/0,042=2,25 разів кращий. Крім цього, що 2 UA 109894 U 5 10 15 20 25 суттєво, цей результат отримано в проточному розчині на відміну від обробки стоячого розчину за аналогом [1]. Це підтверджує позитивну ефективність корисної моделі, що заявляється. Таким чином, пристрій, що заявляється, завдяки відповідно спрощеній конструктивній побудові забезпечує спрощення технологічності його виготовлення, підвищення ремонтоздатності і, як результат, суттєве зниження його вартості. Джерела інформації: 1. Stará Ζ., Krčma F., Nejezchleb Μ., Skalny J. D., Desalination 239 (2009) 283-294. 2. Гончарук B.B., Фальковський М.І., Божко І.В., Самсоні-Тодоров О.О., Скубченко В.Ф., Маляренко В.В., Яременко В.О., Погребнов М.О. Спосіб очищення води електричними розрядами та пристрій для його реалізації. Патент України № 77676, C02F 1/46, B01J 19/08, Бюл. № 1, 2007. 3. Malik MA. Water Purification by Plasmas: Which Reactors are Most Energy Efficient. Plasma Chem Plasma Process (2010) 30:21-31. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пристрій для очищення та озонування води електричними розрядами, що містить вісесиметричний корпус, електрод, діелектричну діафрагму з отворами, джерело електроенергії, який відрізняється тим, що корпус пристрою виконано діелектричним у вигляді труби, діафрагму з отворами виконано у вигляді пластини і розміщено в корпусі перпендикулярно до його поздовжньої осі, з'єднання її по периметру з тілом корпусу виконано монолітним, електрод розміщено безпосередньо в корпусі з однієї сторони діафрагми, а з другої сторони діафрагми, також в корпусі, розміщено другий електрод, обидва електроди вставлено у вигляді кілець, що прилягають до внутрішньої поверхні корпусу, і приєднано до джерела електроенергії, монолітне з'єднання діафрагми з корпусом виконано з електричною міцністю, яка відповідає максимальній міжелектродній робочій напрузі, перед першим електродом і після другого електрода в напрямі потоку на корпусі встановлено роз'єднувачі корпусу з трубопроводом подачі води. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3