EE201500009A - Diafragmaelektrolüüser - Google Patents

Abstract

Leiutis kuulub desinfektantide elektrokeemilise tootmise valdkonda, mille puhul kasutatakse anoodikambri elektrolüüdina leelismetallide lahust. Leiutis pakub elektrolüüseri uut konstruktsiooni, mis vähendab elektrienergia tarbimist desinfektantide tootmises tuntud meetoditel. Leiutise tulemusena väheneb elektrienergia tarbimine 20% aktiivkloori 1 grammi tootmiseks võrreldes tuntud meetoditega ning samuti laienevad elektrolüüseri võimalused toota desinfektanti aktiivkloorisisaldusega 7500 ppm ilma vee juhtimiseta välistesse jahutusseadmetesse.

Description

Tehnikavaldkond

Leiutis kuulub vesilahuste elektrokeemilise töötlemise seadeldiste hulka ning on ette nähtud selliste kõrgtootlike seadmete valmistamiseks, mis genereerivad desinfitseerimisvahendeid vee ja muude tehnoloogiliste komponentide, näiteks tööriistade, mööbli, ruumide, õhukeskkonna, loomasööda, pinnase, külvimaterjali jms desinfitseerimiseks, samuti kasutamiseks ravi- ja profülaktikaasutustes, veepuhastusettevõtetes, toiduainetööstuses, põllumajanduses, gaasitootmises ja muudes valdkondades.

Tehnika tase

Tuntakse suurt gruppi elektrolüüsereid tootlikkusega kuni 16 grammi aktiivkloori lahusena tunnis. Need on näiteks elektrolüüserid vastavalt patentidele RU2145940 [1], RU2208589 [2], RU2322967 [3], milles on keraamilise diafragmaga eraldatud koaksiaalsed elektroodid. Nende puuduseks on vähene aktiivkloori tootlus, mis toob kaasa vajaduse nende elektrolüüserite keeruka hüdraulilise ja elektrilise ühendamise järele kõrgtootlikus seadmes.

On teada elektrolüüser tootlikkusega kuni 860 grammi aktiivkloori tunnis, patent EE 05494 B1 [4], mis sisaldab pikisuunas paigaldatud anoodi, samuti pikisuunas paigaldatud diafragmat. Selle elektrolüüseri puudus on suur elektrienergiakulu - kuni 24 W 1 grammi aktiivkloori tootmiseks.

Lähimaks analoogiks on valitud elektrolüüser tootlikkusega kuni 960 grammi aktiivkloori tunnis, patent EE 05607 B1 [5]. Sellel on sisemiseks elektroodiks õõneskatood, mis on suletud kahelt poolt kaantega. Neis on avad magevee sisse- ja väljavooluks, mis jahutab katoodi seestpoolt ning liigub edasi elektrolüüseri ülemisse kaande, et seguneda anoodikambrist tuleva kontsentreeritud anolüüdiga desinfektandi valmistamiseks.

Selle seadme puudus on elektrolüüseri ülemise kaane konstruktsioon, millel ava vee sisenemiseks ülemisse kaande paikneb ühel tasapinnal ülemise kaane veeväljavooluavaga. Selle tagajärjel kulgeb veevool, mis siseneb ülemisse kaande, anoodikambris ringjooneliselt ning sellel on võimalus teel väljavoolu poole tungida sügavale anoodikambrisse, suurendades anoodikambris elektrolüüdi elektritakistust, mille tõttu on vaja kulutada elektrienergiat 1 grammi aktiivkloori tootmiseks kuni 10,5 W. Lisaks sellele on prototüübi puuduseks elektrit mittejuhtivate keermestatud kaante kasutamine õõneskatoodi ülemise ja alumise otsa hermetiseerimiseks. Keermestatud kaante olemasolu sunnib paigaldama klemmid pinge andmiseks katoodile ainult katoodi ühte, üldjuhul alumisse otsa, sest muidu oleks elektrolüüseri kokkupanek võimatu. Ent pinge andmisel üle 130 cm pikkuse katoodi ühest otsast teise läheb osa elektrienergiast kaotsi takistuse ületamiseks katoodi pikkuses.

Leiutise olemus

Leiutise eesmärk on vähendada elektrienergiakulu 1 grammi aktiivkloori tootmisel suure tootlikkusega diafragmaelektrolüüseris ning laiendada võimalust rakendada elektrolüüserit desinfektandi saamiseks kontsentratsiooniga kuni 7500 ppm vee juhtimiseta jahutuskontuuridesse.

Seatud ülesanne lahendatakse tänu sellele, et esitletaval silindrilisel läbivooluelektrolüüseril, mille konstruktsioonis on ülemine kaas, mille üks funktsioone on segada magevett anoodikambris, kus on sisemise silindrilise õõneselektroodina katood, mille sisepind on kahest otsast suletud kaantega, on järgmised erinevused: magevee sissevoolu avad elektrolüüseri ülemises kaanes on selle kaane pool, mis on vastupidisel poolel ava suhtes, kus asub desinfektandi väljavoolu ava. Sealjuures on magevee sissevoolu ava ja desinfektandi väljavoolu ava omavahel ühel teljel ning ühendatud sirgjoonelise silindrilise kanaliga, mis paikneb paralleelsete puutujate vahel diafragma silindrilise välispinna ja ülemise kaane soone sisepinna suhtes ehk kanali diameeter on võrdne soone raadiuse ja diafragma silindrilise välispinna raadiusega või nendest väiksem.

Katoodi sisepind on suletud ümarate kaantega, mis on valmistatud sama marki metallist nagu katood, kaante diameeter ei ületa katoodi välisdiameetrit, kaantel on klemmid, keermestatud avad konnektori paigaldamiseks lähevad läbi klemmi materjali ja kaane materjali. Klemmid, vähemalt katoodi ühes otsas, ei ületa oma mõõtmete poolest katoodi välisdiameetrit.

Seega võimaldab esitletava elektrolüüseri konstruktsioon läbida mageveevoolul, mis tuleb elektrolüüseri ülemisse kaande kontsentreeritud anolüüdi lahjendamiseks, kaande sisenemisest kuni sellest väljumiseni lühimat teed pidi ning piki puutujat diafragma silindrilise pinna suhtes, segunedes oma teel kontsentreeritud anolüüdiga. Selle tulemusena ei voola olulises hulgas magevett anoodikambrisse, mis ei lahjenda elektrolüüti, mis ei suurenda elektrolüüdi elektritakistust ega nõua elektrolüüserisse antava pinge suurendamist. Lisaks sellele võimaldab esitletava elektrolüüseri konstruktsioon paigaldada massiivseid klemme elektriühenduste jaoks nii elektrolüüseri alumisse kui ka ülemisse otsa, kusjuures klemmid katoodi ülemisel otsal ei raskenda elektrolüüseri kokkupanekut. Selle tulemusena väheneb takistus pinge andmiseks klemmist kaugel olevatele katoodiosadele. Keevisõmbluste prototüübiga võrreldes suurem pind vähendab samuti takistust ja klemmide kuumenemist.

Esitletava elektrolüüseri oluliste omaduste ja saavutatud tehnilise tulemuse vahel eksisteerib põhjuse-tulemuse side, mis ilmneb väiksemates elektrienergiakuludes, mis on vajalikud ühesuguste tulemuste saavutamiseks, kui analoogilised elektrolüüserid asendatakse leiutisele vastava elektrolüüseriga desinfektantide valmistamiseks erinevatel meetoditel. Elektrikulu vähendamine saavutatakse selle arvelt, et sama suure vooluhulga saavutamiseks analoogi ja esitletava elektrolüüseriga tuleb viimasele anda vähem pinget. Selliselt, kasutades meetodit vastavalt patendile EE 05608 B1 ehk analoogi puhul antakse pinget 13 V, esitletavale elektrolüüsele aga 9,5 V; kasutades patendi EE 05607 B1 meetodit on vajalik pinge 10,5 V ja esitletavale elektrolüüsele vastavalt 8,0 V; Eesti patenditaotluse EE 201400004 (avaldatud 15. 09. 2015) puhul 6,5 V ning esitletavale elektrolüüsele vastavalt 5,2 V. Teisisõnu on elektrienergia kulu muutused vattides ühe grammi aktiivkloori tootmiseks järgmised:

EE 05608 B1 - oli varem 15,4 W/h, on nüüd 11,2 W/h, -27%;

EE 05607 B1 - oli varem 11,6 W/h, on nüüd 8,8 W/h, -24%;

EE 201400004 (A) - oli varem 6,4 W/h, on nüüd 5,1 W/h, -20%.

See tähendab, et elektrienergiakulu sama koguse desinfektandi saamiseks olenevalt desinfektandi tootmise meetodist on vähemalt 20% väiksem. Seoses elektrikulu vähendamisega kuumeneb katolüüt vähem ning võimalik on vähendada katoodi jahutamiseks kuluva vee hulka 20% võrra, mis läheb seejärel segamiseks kontsentreeritud anolüüdiga. See omakorda võimaldab saada sama energiakoguse juures suurema hulga desinfektanti e mitte 6000 ppm desinfektanti, nagu Eesti patenditaotluses EE 201400004 (A), vaid 7500 ppm desinfektanti (aktiivkloori).

Leiutis võimaldab ka vähendada kulutusi diafragmaelektrolüüsi aparaatide tootmisele ja ekspluatatsioonile tänu komplekteeritavate osade odavnemisele jõuahelates, peamiselt elektritoiteallikates. Lisaks sellele on võimalik kasutada laialdasemalt ühefaasilist võrku, kuhu on kaasatud väikeste aparaatide kasutajad nagu farmid, ravi- ja profülaktikaasutused jne. Väiksem soojuse eraldumine tänu elektrienergia väiksemale tarbimisele mõjub positiivselt ka aparaatide vastupidavusele ja töökindlusele.

Jooniste loetelu

Esitletava seadme tehnilist olemust ja tööpõhimõtet selgitavad järgmised joonised:

joonised fig 1, fig 2 ja fig 3 kujutavad kokkupandud katoodi;

joonised fig 4, fig 5, fig 6 ja fig 7 kujutavad elektriterminalide detailide erinevaid teostusi;

joonised fig 8, fig 9, fig 10 ja fig 11 kujutavad kokkupandud elektrolüüserit.

Leiutise teostusnäide

Joonisel fig 1 kujutatud kokkupandud katood 1 koosneb järgmistest detailidest: õõnsast silindrist 2, katoodi ülemisest kaanest 3, katoodi alumisest kaanest 4, ülemisest klemmist 5 ja alumisest klemmist 6. Detailid on omavahel ühendatud keevisega. Ülemine klemm 5 on praktikas nurgakujuline 7 või täisnurkne profiil 8 ja vastab järgmisele nõudele: pind 9 keevitatakse ülemise kaane 3 külge ning ülemise kaane 3 gabariidid ei lähe üle ringjoone, mille moodustab õõnsa silindri 2 välispind. Alumine klemm 6 on samal tasapinnal alumise kaanega 4 ning selle kuju ja mõõtmed on vabalt valitavad. Praktikas kasutatakse alumiste klemmidena 6 nurgakujulisi 7 ning täisnurkseid profiile 8, samuti lamedaid plaate 10 või 11 ühe või kahe avaga elektriühenduste jaoks. Läbi ülemise klemmi 5 ja ülemise kaane 3 läheb keermestatud ava 12 vee väljumiseks katoodi sisepinnalt. Läbi alumise klemmi 6 ja alumise kaane 4 on keermestatud ava 13 vee sisenemiseks katoodi sisepinnale.

Joonisel fig 2 kujutatud kokkupandud elektrolüüser koosneb järgmistest detailidest: katoodist 1, anoodist 14, diafragmast 15, elektrolüüseri ülemisest kaanest 16, elektrolüüseri alumisest kaanest 17, kahest äärikust 18 katoodi 1 ühenduskohtade hermetiseerimiseks ülemise kaanega 16 ja alumise kaanega 17. Ülemisel kaanel 16 on väljavooluava 19 desinfektandi väljumiseks elektrolüüserist ning sissevooluava 20 vee sissevooluks ja selle segunemiseks kontsentreeritud anolüüdiga. Väljavooluava 19 ja sissevooluava 20 paiknevad teineteise suhtes samal teljel ning on omavahel ühendatud sirgjoonelise kanaliga 21. Ülemises kaanes 16 on ringikujuline horisontaalne kanal 22, mille raadius ületab diafragma 15 raadiust ulatuses, mis ei ole väiksem kanali 21 diameetrist, kanali 22 horisontaalsed telgjooned kulgevad ühel tasapinnal kanali 21 horisontaalse telgjoonega.

Esitletav elektrolüüser ühendatakse alalisvooluallikaga ja veevarustusega. Avast 13 voolab magevesi katoodi 1 sisepinnale, vesi väljub avast 12 ning voolab elektrolüüseri ülemise kaane 16 sissevooluavasse 20. Kanalisse 22 elektrolüüseri alumises kaanes 17 läheb elektrolüüt katoodikambri jaoks, mis on katoodi 1 ja diafragma 15 vahel. Ava 23 kaudu väljub elektrolüüserist katolüüt ning ava 24 kaudu väljub vesinik. Avasse 25 sisestatakse elektrolüüt anoodikambri jaoks, mis asub anoodi 14 ja diafragma 15 vahel. Kontsentreeritud anolüüt siseneb anoodikambrist elektrolüüseri ülemisse kaande 16, täidab kanali 22 ning liigub kanali 22 kaudu desinfektandi väljavoolu ava 19 suunas, segunedes oma teel kanalis 21 veega ning väljub ettenähtud kontsentratsiooniga desinfektandi kujul väljavooluava 19 kaudu. Ava 26 on abiotstarbeline - katolüüdi väljavalamiseks katoodikambrist enne elektrolüüseri happega läbipesemist ja pesemishappe sisestamist.

Claims (1)

1. Diafragmaelektrolüüser, millel on avaga ülemine kaas vee sissevooluks ja selle segunemiseks kontsentreeritud anolüüdiga ning mis sisaldab katoodi silindrilise õõnsa sisemise elektroodi näol, mis on omakorda mõlemast otsast suletud kaantega, erineb selle poolest, et elektrolüüseri ülemise kaane vee sissevoolu ava on ülemise kaane pool, vastupidisel poolel avast, mille kaudu väljub desinfektant, vee sissevoolu ava ja desinfektandi väljavoolu ava asuvad teineteise suhtes samal teljel ning on ühendatud sirgjoonelise kanaliga, mille külgpind asub diafragma silindrilise pinna suhtes mööda puutujat, ning et vähemalt üks katoodi kaantest on valmistatud voolu juhtivast materjalist, see on varustatud klemmiga ning annab pinge edasi katoodile ning oma mõõtmete poolest koos klemmiga on see väiksem või võrdne katoodi välisdiameetriga

   .