Устройство для обработки воды электрическими разрядами

 

Изобретение относится к системам водоочистки и водоподготовки, к аппаратам, используемым для обработки воды электрическими разрядами с целью окисления примесей и обеззараживания воды. Устройство содержит разрядную камеру, систему прокачки воздуха и воды через разрядную камеру в камеру смешения, источник импульсов высокого напряжения, соединенный с высоковольтным электродом, расположенным в разрядной камере над обрабатываемой водой и днищем. Между высоковольтным электродом и днищем разрядной камеры на поверхности обрабатываемой воды размещена диэлектрическая пластина, снабженная стержневыми электродами. Нижние концы электродов погружены в обрабатываемую воду, а верхние образуют разрядные промежутки с высоковольтным электродом. Технический эффект - повышение ресурса работы и эффективности наработки озона. 1 ил.

Изобретение относится к системам водоочистки и водоподготовки, к аппаратам, используемым для обработки воды электрическими разрядами с целью окисления примесей и обеззараживания.

Известно устройство для обработки воды озоном, синтезированным в коронном разряде в воде (патент РФ N 1820897, МПК 5 C 02 F 1/46 опубл. 7.06.93 г. ). Устройство состоит из технологической камеры, корпус которой выполнен из диэлектрика и разделен на полости посредством высоковольтного и заземленного электродов. Электроды выполнены из металлической фольги, охваченной листовым диэлектриком, и имеют сквозные отверстия. Обработка воды производится параллельно во многих отверстиях одного электрода и последовательно в отверстиях другого электрода коронным разрядом, зажигаемым на границе фольги и диэлектрика.

Недостатками этого устройства являются низкий уровень наработки озона в воде, сложность технического исполнения, связанная с большим объемом конструктивных элементов из диэлектрика, а также низкий ресурс диэлектрических элементов, работающих в непосредственном контакте воды и коронного разряда.

Наиболее близким к заявляемому устройству по техническим особенностям является выбранное нами за прототип устройство, описанное в способе обеззараживания жидкости (а.с. СССР N 1011545, МПК 3 C 02 F 1/46, опубл. 15.04.83 г.).

Устройство состоит из реакционной камеры, в которой жидкость перемещается по заземленному металлическому днищу тонким слоем толщиной 1-5 мм. Над слоем жидкости прокачивается кислородосодержащий газ. В верхней части камеры, выполненной из диэлектрика, располагают электроды, изолированные от стенок камеры и соединенные с генератором импульсных напряжений, амплитуда высоковольтного импульса которого 100-500 кВ.

Недостатками данного устройства являются высокий уровень рабочего напряжения генератора импульсного напряжения и связанный с ним низкий ресурс работы твердой изоляции в реакционной камере, а также низкий уровень наработки озона в искровом и коронном разряде.

Основной технической задачей предложенного устройства является повышение ресурса работы и эффективности наработки озона за счет формирования в разрядной камере объемного самостоятельного разряда, который обеспечивает максимальную наработку озона, это связано со следующим. Эффективная емкостно-резистивная развязка стержневых электродов за счет того, что их нижние концы погружены в воду, в совокупности с коротким импульсом напряжения источника импульсов высокого напряжения (100-200 нс, 20-30 кВ) позволила реализовать в разрядных промежутках, образованных стержневыми электродами и общим анодом, диффузный объемный разряд, не переходящий в искровую стадию. Такой разряд обладает максимальной наработкой озона в воздухе, отнесенной к подведенной электрической мощности источника питания (в 8-10 раз выше коронного разряда на постоянном напряжении и искрового разряда и в 3-5 раз выше коронного разряда на импульсном напряжении). Снижение рабочего напряжения источника импульсов высокого напряжения в 2-20 раз по отношению к прототипу приводит к увеличению ресурса твердой изоляции разрядной камеры в 5-100 раз.

Поставленная техническая задача решается тем, что в устройстве для обработки воды электрическими разрядами, содержащем разрядную камеру, систему прокачки воздуха и воды через разрядную камеру в камеру смешения, а также источник импульсов высокого напряжения, соединенный с высоковольтным электродом, расположенным в разрядной камере над обрабатываемой водой и днищем разрядной камеры, согласно предложенному решению между высоковольтным электродом и днищем разрядной камеры на поверхности обрабатываемой воды размещена диэлектрическая пластина, снабженная стержневыми электродами, нижние концы которых погружены в обрабатываемую воду, а верхние концы образуют разрядные промежутки с высоковольтным электродом.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаком, тождественные всем признакам заявляемого способа, отсутствуют. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

На чертеже приведена схема устройства для обработки воды электрическими разрядами. Устройство состоит из разрядной камеры 1 с размещенными в ней высоковольтным электродом 2 и диэлектрической пластиной 3, снабженной стержневыми электродами 4, нижние концы которых погружены в обрабатываемую воду 5, а верхние образуют с высоковольтным электродом разрядные промежутки 6. От металлического корпуса разрядной камеры 1 высоковольтный электрод 2 отделен опорными изоляторами 7. Импульсы высокого напряжения на электродную систему поступают через проходной изолятор 8 от источника импульсов высокого напряжения 9. Кроме того, устройство снабжено системой прокачки воздуха и воды, включающей патрубки входа воздуха 10, выхода озонированного воздуха 11, подачи обрабатываемой воды 12 и отвода воды 13 в камеру смешения 14.

Работа устройства для обработки воды электрическими разрядами осуществляется следующим образом. Поток обрабатываемой воды через входной патрубок 12 поступает в полость между днищем разрядной камеры 1 и диэлектрической пластиной 3. Воздух подается в разрядную камеру 1 через входной патрубок 10 синхронно с подачей воды. При включении источника импульсов высокого напряжения 9 в разрядных промежутках 6 зажигается объемный разряд, генерирующий озон в потоке воздуха. Ток разряда замыкается на источник питания через слой воды 5, производя первичную обработку воды. Далее озоновоздушная смесь через патрубок 11 и прошедшая первичную обработку вода через патрубок 13 поступают в камеру смешения 14, где происходит перемешивание воды с озоновоздушной смесью, после чего озоно-водо-воздушная смесь направляется в накопительную емкость для дальнейшей обработки и раздачи потребителю. Разработанное нами и испытанное устройство показало эффективную работу при длительности высоковольтного импульса 100; 150 и 200 нс и амплитуде напряжения 20; 25 и 30 кВ. Устройства, позволяющие получить высоковольтные импульсы длительностью менее 100 нс, имеют высокую стоимость. При увеличении длительности импульса более 200 нс снижается надежность зажигания объемного разряда.

Замкнутая полость протока воды позволяет широко подойти к конструированию и размещению разрядной камеры. Наряду с плоской устройство может иметь и коаксиальную конструкцию, в которой разрядная камера, высоковольтный электрод и диэлектрическая пластина образуют коаксиальные цилиндры, зафиксированные изоляторами. Положение камеры может быть горизонтальным, вертикальным, т. е. любым согласно требованиям монтажа водоочистного комплекса в целом. В качестве смесительной камеры можно использовать все известные устройства перемешивания воды с воздухом (эжекторный насос, форсунка, аэратор и т.д.).

Формула изобретения

Устройство для обработки воды электрическими разрядами, содержащее разрядную камеру, систему прокачки воздуха и воды через разрядную камеру в камеру смешения, а также источник импульсов высокого напряжения, соединенный с высоковольтным электродом, расположенным в разрядной камере над обрабатываемой водой и днищем разрядной камеры, отличающееся тем, что между высоковольтным электродом и днищем разрядной камеры на поверхности обрабатываемой воды размещена диэлектрическая пластина, снабженная стержневыми электродами, нижние концы которых погружены в обрабатываемую воду, а верхние концы образуют разрядные промежутки с высоковольтным электродом.

РИСУНКИ

Рисунок 1