Генератор оксидантного газу

Реферат: Генератор оксидантного газу містить вертикально розташовані анодний і катодний відсіки циліндричної або прямокутної форми і розділову мембрану між ними анодний відсік, заповнений розчином солі, що має отвір для виходу оксигазу; електричний анод, розташований на необхідній відстані від розділової мембрани на стороні анодного відсіку; катодний відсік, заповнений розчином лугу, який має отвір для виходу газу, що утворюється; електричний катод, розташований на необхідній відстані від розділової мембрани на стороні катодного відсіку; канал, розташований горизонтально, з'єднуючий через розділову мембрану анодний і катодний відсіки із забезпеченням необхідної відстані між цими відсіками в потрібних напрямках; насос, клапан, регулятор тиску для забезпечення необхідної циркуляції потоку води; інжектор у вигляді трубки Вентурі для забору газу з анодного відсіку і змішанням його з потоком оброблюваної води; блок управління, який керує всіма процесами роботи пристрою і забезпечує автоматизовану роботу генератора та об'ємну графітову сітку. UA 103151 U (54) ГЕНЕРАТОР ОКСИДАНТНОГО ГАЗУ UA 103151 U UA 103151 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до дезінфекції води, і зокрема дезінфекції питної води, і може бути використана для розробки пристроїв очищення води, а саме, генераторів оксидантного газу. Відомий генератор [патент US № 6942766 В2, МПК С25В 1/26 (2005)], який містить вертикально розташовані анодний і катодний відсіки циліндричної або прямокутної форми і розділової мембрани між ними; анодний відсік, що має вхідний отвір з клапаном, для заповнення відсіку розчином солі, вихідний отвір з клапаном для зливу відпрацьованого розчину і вихідного отвору для виходу оксидантного газу; електричний анод, розташований на необхідній відстані від мембрани на стороні анодного відсіку; катодний відсік, що має вхідний отвір з клапаном, для заповнення відсіку водою, вихідний отвір з клапаном для зливу вироблюваного лугу та вихідного отвору для виходу газу, що виробляється; електричний катод, розташований на необхідній відстані від мембрани на стороні катодного відсіку; канал, розташований горизонтально і з'єднує анодний і катодний відсіки і забезпечує необхідну відстань і розмір з'єднання між цими відсіками в потрібних напрямках; іоновибірна розділова мембрана, що знаходиться в даному каналі і розділяє анодний і катодний відсіки; схема проходження потоку води, включаючи насос, клапана, регулятор вакууму для забезпечення необхідної циркуляції потоку; інжектор з трубкою Вентурі, для забору газу з анодного відсіку і змішанням його з прохідним потоком оброблюваної води; блок управління, який регулює електричний струм, що надходить на анод і катод, і керуючий всіма процесами роботи пристрою для його автоматизованої роботи; генератор хлору. Цей генератор виробляє газ, якій очищує воду, але працює не досить ефективно із-за пласкої форми генератора. Найбільш близьким аналогом до запропонованого генератора є генератор [патент US № 5133848, МПК С25В 9/00 (1992)], що містить вертикально розташовані анодний і катодний відсіки циліндричної або прямокутної форми і розділової мембрани між ними; анодний відсік, що має вхідний отвір з клапаном, для заповнення відсіку розчином солі, вихідний отвір з клапаном для зливу відпрацьованого розчину і вихідного отвору для виходу оксидантного газу; електричний анод, розташований на необхідній відстані від мембрани на стороні анодного відсіку; катодний відсік, що має вхідний отвір з клапаном, для заповнення відсіку водою, вихідний отвір з клапаном для зливу вироблюваної луги та вихідного отвору для виходу газу, що виробляється; електричний катод, розташований на необхідній відстані від мембрани на стороні катодного відсіку; канал, розташований горизонтально і з'єднує анодний і катодний відсіки і забезпечує необхідну відстань і розмір з'єднання між цими відсіками в потрібних напрямках; іоновибірна розділова мембрана, що знаходиться в даному каналі і розділяє анодний і катодний відсіки; схема проходження потоку води, включаючи насос, клапана, регулятор вакууму для забезпечення необхідної циркуляції потоку; інжектор з трубкою Вентурі, для забору газу з анодного відсіку і змішанням його з прохідним потоком оброблюваної води; блок управління, який регулює електричний струм, що надходить на анод і катод, і керуючий всіма процесами роботи пристрою для його автоматизованої роботи. Цей генератор виробляє газ, який очищує воду, але має такий суттєвий недолік: як електродний анод використовують один з можливих варіантів - окисно-рутенієво-титанові аноди або окисно-іридієво-титанові аноди або окисно-іридієво-рутенієво-титанові аноди з різним процентним вмістом іридію, які частково взаємодіють з електролітом, і мають пласку форму, тому генератор має низьку ефективність. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення генератора оксидантного газу з розробкою електродного анода у вигляді об'ємної фігури, що значно збільшує площу робочої поверхні і, відповідно, ефективність роботи всього анода, та довговічність генератора. Поставлена задача вирішується тим, що генератор оксидантного газу, що містить вертикально розташовані анодний і катодний відсіки циліндричної або прямокутної форми і розділову мембрану між ними; анодний відсік, заповнений розчином солі, що має отвір для виходу оксигазу; електричний анод, розташований на необхідній відстані від розділової мембрани на стороні анодного відсіку; катодний відсік, заповнений розчином лугу, який має отвір для виходу газу, що утворюється; електричний катод, розташований на необхідній відстані від розділової мембрани на стороні катодного відсіку; канал, розташований горизонтально, з'єднуючий через розділову мембрану анодний і катодний відсіки із забезпеченням необхідної відстані між цими відсіками в потрібних напрямках; насос, клапан, регулятор тиску для забезпечення необхідної циркуляції потоку води; інжектор у вигляді трубки Вентурі для забору газу з анодного відсіку і змішанням його з потоком оброблюваної води; блок управління, керуючий всіма процесами роботи пристрою і забезпечуючий автоматизовану роботу генератора, згідно з корисною моделлю електричний анод генератора виконаний на титановій 1 UA 103151 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 основі і додатково містить об'ємну графітову сітку. Катод виконаний перфорованим, з нержавіючої сталі матеріалу серії 300. Можливе застосування розділової мембрани різних конструкцій, різних виробників. Використання анода з титановою основою забезпечує довговічність, тому що титан є стійким до дії електролітів і не розкладається під час роботи. Це дозволяє виробляти аноди з місцевих матеріалів, бо поклади титану в України достатні. Використання графіту дозволяє робити сітку об'ємної конфігурації, що поліпшує експлуатаційні властивості, до того ж графіт є стійким до дії електролітів і не розкладається під час роботи. Така конструкція анода зменшила вимоги до конструкції розділової мембрани. Запропонована корисна модель представлена на кресленні. На Фіг. 1 зображено поперековий переріз анодного, катодного відсіків та горизонтального каналу генератора оксидантного газу. На Фіг. 2 зображено поперековий розріз генератора оксидантного газу, що ілюструє його роботу. де: 1 - анодний відсік; 2 - катодний відсік; 3 - розділова мембрана; 4 - розчин солі; 5 - електричний анод; 6 - електричний катод; 7 - канал; 8 - насос; 9 - клапан; 10 - регулятор тиску; 11 - інжектор у вигляді трубки Вентурі; 12 - блок управління; 13 - нижня пробка анодного відсіку; 14 - нижня пробка катодного відсіку; 15 - верхня кришка анодного відсіку; 16 - верхня кришка катодного відсіку; 17 - трубка виводу газів анодного відсіку; 18 - трубка виводу газів катодного відсіку; 19, 20 - фланці; 21 - болти; 22 - титанова основа анода; 23 - об'ємна графітова сітка анода; 24 - клема анода; 25 - джерело живлення постійного струму; 26 - клема катода; 27 - трубопровід підводу води до інжектора у вигляді трубки Вентурі; 28 - труба виходу з інжектора у вигляді трубки Вентурі; 29 - бак очищення води; 30 - регулюючий трубопровід; 31 - рівень розчину солі в анодному відсіку; 32 - початковий рівень рідкого гідроксиду натрію в катодному відсіку; 33 - позитивній електрод джерела живлення; 34 - негативний електрод джерела живлення. Генератор оксидантного газу містить (Фіг. 1, Фіг. 2) вертикально розташовані анодний 1 і катодний 2 відсіки циліндричної або прямокутної форми і розділову мембрану 3 між ними. Анодний відсік 1 має вхідний отвір для заповнення відсіку розчином солі 4. Електричний анод 5 розташований на необхідній відстані від розділової мембрани 3 на стороні анодного відсіку 1. Електричний катод 6 розташований на необхідній відстані від розділової мембрани 3 на стороні катодного відсіку 2. Канал 7 розташований горизонтально і з'єднує через розділову мембрану 3 анодний 1 і катодний 2 відсіки і забезпечує необхідну відстань між цими відсіками в потрібних напрямках. Насос 8, клапан 9, регулятор тиску 10 забезпечують необхідну циркуляцію потоку води. Інжектор у вигляді трубки Вентурі 11 забезпечує забір газу з анодного відсіку 1 і змішання його з потоком оброблюваної води. Блок управління 12 керує всіма процесами роботи генератора і забезпечує автоматизовану роботу генератора. 2 UA 103151 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На підприємстві К. був вироблений експериментальний зразок генератора оксидантного газу, на прикладі використання якого покажемо роботу корисної моделі. Анодний відсік 1 містить постійно закриту під час роботи нижню пробку 13, катодний відсік 2 містить постійно закриту під час роботи нижню пробку 14. Їх відкривають для злиття рідини з відсіків. Анодний 1 та катодний 2 відсіки містять знімні верхні кришки відповідно 15 і 16, кожна з яких містить трубки виводу газів відповідно 17 і 18. Анодний 1 і катодний 2 відсіки з'єднані за допомогою пари фланців 19 і 20, скріплених болтами 21. Ці фланці можуть бути замінені різьбовою ПВХ трубою. Анодний 1 і катодний 2 відсіки розділені один від одного розділовою мембраною 3, яка зафіксована між фланцями 19 і 20 силіконовим матеріалом. Розділова мембрана 3 являє собою іонообмінну мембрану, як односпрямовану, так і двоспрямовану, що вигідно відмінює її від конструкції найближчого аналога. Анод 5 і катод 6 мають круглу або прямокутну конструкції. Анод 5, виконаний на титановій основі 22, споряджений об'ємною графітовою сіткою анода 23 і жорстко закріплений проти фланця 19. Катод 6, виконаний з нержавіючої сталі матеріалу серії 300 або подібної, перфорованим, щоб гази, що генеруються на катоді 6, проходили через нього. Він міцно прикріплений проти фланця 20, з фіксованою для роботи генератора відстанню. Анод приєднаний до клеми 24, яка підключена до джерела живлення 25. Катод приєднаний до клеми 26, яка підключена до джерела живлення 25. Анодний 1 і катодний 2 відсіки мають отвори, просвердлені в верхніх кришках 15 і 16, в які вставлені трубки виводу газів 17 і 18, що дозволяють виходити оксигазу з анодного відсіку 1 і водню, який утворюється в катодному відсіку 2. Джерело живлення постійного струму 25 буде мати вихід сили струму в залежності від бажаного об'єму виходу оксигазу. Джерело живлення постійного струму 25 має діапазон від 100 міліампер до 500 Ампер постійного струму з вихідною напругою від 3 до 12 Вольт. Позитивний електрод джерела живлення 33 приєднаний до клеми анода 24, негативний електрод джерела живлення 34 приєднаний до клеми 26. Роботою джерела живлення постійного струму 25 управляє блок управління 12. Трубка 17 анодного відсіку 1 під'єднана до входу інжектора у вигляді трубки Вентурі 11. Насос 8 через трубопровід 27 подає воду на вхід до інжектора у вигляді трубки Вентурі 11. Трубка виходу з інжектора у вигляді трубки Вентурі 28 подає воду в бак очищення води 29. Регулюючий трубопровід 30 підключений до потоку води клапаном 9 та регулятором тиску 10, який регулює потік води в одиницю часу залежно від тиску в трубопроводі. Використання цього регулятора тиску 10 важливо, тому що оператору дуже складно зробити це коригування самостійно, у зв'язку з цим даний процес автоматизований і також управляється блоком управління 12. Вихід регулятора тиску 10 спрямовує потік води через клапан 9, і, коли це необхідно, клапан 9 відкривається, і частина води, яка витікає з випускного отвору насоса 8, направляється в анодний відсік 1. Роботою клапана 9 управляє блок управління 12. Для підготовки генератора до роботи необхідно витримати у воді розділову мембрану 3 протягом 30 хвилин, а потім закріпити розділову мембрану 3 з фланцями 19 і 20 і болтами 21 з'єднати обидва відсіки разом. Анодний відсік 1 заповнюється 15 % розчином кухонної солі до рівня 31. Катодний відсік 2 заповнюється 11 % розчином рідкого гідроксиду натрію до початкового рівня 32, а потім доповнюється водою до рівня, аналогічного рівню 31 у анодному відсіку 1. Пристрій готовий до роботи. Оператор підключає блок управління 12 до мережі, включає генератор оксидантного газу і починається електроліз. При проходженні струму під час електролізу на катоді 6 виділяється водень, який через трубку 18 виходить з катодного відсіку 2. При проходженні струму під час електролізу на аноді 5 виробляється оксигаз. Титанова основа 22 в електролізі не приймає участі, а приймає участь лише об'ємна графітова сітка анода 23. За рахунок об'єму вона має велику зовнішню поверхню, на якій активно відбувається хімічна реакція, при цьому при однаковій кількості виробленого газу, з поверхні, що наближена до розділової мембрани 3 надходить менше газу, в порівнянні з прототипом, і таким чином створюється менший тиск на розділову мембрану 3, що сприяє довговічності розділової мембрани 3 і, в цілому, всього генератора. Вироблений оксигаз йде із анодного відсіку 1 через трубку 17 до інжектора у вигляді трубки Вентурі 11. В трубці Вентурі відбувається насичення води оксигазом. Насичена вода через трубу виходу з інжектора у вигляді трубки Вентурі 28 надходить до баку очищення води 29, звідки очищена вода надходить до споживача. 3 UA 103151 U 5 Таким чином удосконалення генератора оксидантного газу з розробкою електричного анода у вигляді об'ємної фігури призводить до збільшення площі його робочої поверхні і, відповідно, ефективності роботи всього анода, збільшення довговічності генератора. Запропонований генератор оксидантного газу (оксигазу) дозволить вирішувати проблеми дезінфекції води. Він простий в експлуатації і обслуговуванні, дозволяє використовувати недорогі і легкодоступні хімікати і працювати, в основному, в автоматичному режимі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 25 1. Генератор оксидантного газу, що містить вертикально розташовані анодний і катодний відсіки циліндричної або прямокутної форми і розділову мембрану між ними; анодний відсік, заповнений розчином солі, що має отвір для виходу оксигазу; електричний анод, розташований на необхідній відстані від розділової мембрани на стороні анодного відсіку; катодний відсік, заповнений розчином лугу, який має отвір для виходу газу, що утворюється; електричний катод, розташований на необхідній відстані від розділової мембрани на стороні катодного відсіку; канал, розташований горизонтально, з'єднуючий через розділову мембрану анодний і катодний відсіки із забезпеченням необхідної відстані між цими відсіками в потрібних напрямках; насос, клапан, регулятор тиску для забезпечення необхідної циркуляції потоку води; інжектор у вигляді трубки Вентурі для забору газу з анодного відсіку і змішанням його з потоком оброблюваної води; блок управління, керуючий всіма процесами роботи пристрою і забезпечуючий автоматизовану роботу генератора; який відрізняється тим, що електричний анод виконаний на титановій основі і додатково містить об'ємну графітову сітку. 2. Генератор за п. 1, який відрізняється тим, що катод виконаний перфорованим, із нержавіючої сталі серії 300. 3. Генератор за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що виконаний з можливістю застосування розділової мембрани відмінних конструкцій різних виробників. 4 UA 103151 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 5