Устройство для электроимпульсной обработки жидкостей

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТЕЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Жданок Сергей Александрович Васильев Глеб Михайлович Васецкий Владимир Андреевич Нагула Петр Константинович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для электроимпульсной обработки жидкостей, которое содержит генератор высоковольтных импульсов и рабочую камеру, состоящую из корпуса, выполненного из изоляционного материала и размещенных в нем трех соосных дисковидных электродов,два из которых являются низкопотенциальными и имеют в нерабочей части отверстия для ввода и вывода обрабатываемого продукта, а третий высокопотенциальный электрод размещен между низкопотенциальными и имеет сквозное отверстие в центральной части, отличающееся тем, что рабочие поверхности электродов, образующие зону обработки продукта, выполнены в форме усеченных конусов с углом при вершине 90 - 170, а отверстие в высокопотенциальном электроде определяется из соотношения 2/2 - А, Фиг. 1 46622008.10.30 где А - размер рабочих поверхностей вдоль образующей конуса, м Н - расстояние между рабочими поверхностями электродов, м причем это отверстие и края противостоящих поверхностей электродов имеют закругления с радиусом/2. Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для обработки молока и молочных продуктов, вина, виноматериалов, соков, различных вакцин и других жидкотекучих медикаментов и может найти применение в пищевой, медицинской, фармацевтической промышленности, а также для обработки сточных вод импульсами электромагнитного поля с целью их обеззараживания, сохранения или улучшения исходных свойств. Известно устройство для электрообработки жидких и текучих продуктов с целью увеличения их сроков хранения 1. Устройство позволяет производить электроимпульсную обеззараживающую обработку пищевых жидкостей, например молока, с меньшими энергозатратами, чем при обычной пастеризации, и с минимальным воздействием на витамины и другие полезные компоненты продукта. Устройство содержит рабочую камеру,состоящую из корпуса, выполненного из изоляционного материала и электродов, верхнего и нижнего, между противостоящими (рабочими) поверхностями которых размещен электрообрабатываемый продукт, ограниченный также стенками корпуса, которые примыкают к рабочим поверхностям электродов. Устройство содержит также генератор импульсов высокого напряжения, которые подаются на электроды рабочей камеры и обеспечивают обработку продукта. К недостаткам этого устройства следует отнести низкую производительность и низкую эффективность обработки, которые обусловлены недостаточной напряженностью импульсного электрического поля, при которой производится обработка. Увеличить напряженность поля в данном устройстве не представляется возможным из-за налипания на электроды и на внутреннюю поверхность корпуса камеры газовых пузырьков, образующихся за счет выделения растворенных в обрабатываемой жидкости газов при ее нагреве в процессе обработки. Газовые пузырьки имеют значительно более низкую электрическую прочность, чем жидкость, вследствие чего необходимо снижать напряжение высоковольтных импульсов во избежание электрических пробоев внутри камеры, которые приводят к выходу ее из строя и порче обрабатываемого продукта. К недостаткам данного устройства следует также отнести необходимость обеспечения высоковольтной изоляции одного из электродов (потенциального) от трубопровода во избежание выноса высокого потенциала. Наиболее близким и выбранным нами за прототип является устройство для электрообработки жидкостей, описанное в патенте РФ 2. Устройство включает рабочую камеру,состоящую из корпуса, выполненного из изоляционного материала, в котором размещены изготовленные из токопроводящего материала три дисковидных соосных электрода. Это позволяет к среднему электроду подключать высоковольтный (потенциальный) вывод генератора импульсов высокого напряжения, а к нижнему и верхнему - низкопотенциальный (заземленный) вывод генератора. Таким образом, обеспечивается наибольшая электробезопасность рабочей камеры, поскольку устранен вынос электрического потенциала по подводящим и отводящим трубопроводам обрабатываемой жидкости. Все электроды выполнены дисковидными с плоскими противостоящими (рабочими) поверхностями, между которыми и происходит электроимпульсная обработка продукта, причем 2 46622008.10.30 промежуточный электрод выполнен с, по крайней мере, одним сквозным отверстием в центральной его части, а нижний и верхний электроды имеют отверстия для, соответственно, ввода и вывода обрабатываемого продукта, выполненные в нерабочих (тыльных) частях их поверхности. Преимуществом данного устройства также является то, что внутренние поверхности диэлектрического корпуса примыкают к нижнему и верхнему электродам в нерабочей их части, т.е. расположены вне зоны с максимальной напряженностью поля. Тем самым устранено отрицательное влияние газовых пузырьков, налипающих на внутреннюю поверхность диэлектрического корпуса, на величину рабочего напряжения. Однако в данном устройстве остается высокая вероятность прилипания пузырьков к горизонтальным поверхностям электродов, особенно вблизи критических точек (т.е. точек пересечения оси симметрии электродной системы с рабочими поверхностями нижнего и верхнего электродов), что не позволяет значительно увеличить рабочее напряжение из-за опасности электрических пробоев. Недостатком данного устройства также является невысокая эффективность обработки вследствие ее значительной неоднородности, которая обусловлена многократным различием скоростей потока жидкости вблизи отверстия в промежуточном электроде и в периферийной зоне, а также образованием вихревых и застойных областей в зоне обработки за счет резкого (на 90) поворота потока при его выходе из отверстия (отверстий) промежуточного электрода. Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности,надежности и улучшение энергетических параметров устройства для электроимпульсной обработки жидкостей. Поставленная задача решается следующим образом. Известное устройство для электроимпульсной обработки жидкостей содержит генератор высоковольтных импульсов и рабочую камеру, состоящую из корпуса, выполненного из изоляционного материала и размещенных в нем трех соосных дисковидных электродов,два из которых являются низкопотенциальными и имеют в нерабочей части отверстия для ввода и вывода обрабатываемого продукта, а третий высокопотенциальный электрод размещен между низкопотенциальными и имеет сквозное отверстие в центральной части. Согласно предлагаемому техническому решению рабочие поверхности электродов,образующие зону обработки продукта, выполнены в форме усеченных конусов с углом при вершине , равным 90 - 170, а отверстие в высокопотенциальном электроде выполнено с диаметром, определяемым по соотношению 2/2 - А,где А - размер рабочих поверхностей вдоль образующей конуса, м Н - расстояние между рабочими поверхностями электродов, м причем это отверстие и края противостоящих поверхностей электродов имеют закругления с радиусом/2. Угол , размеры А и Н выбирают, исходя из требований необходимой степени обработки (обеззараживания) продукта, его свойств (вязкости, термостойкости, уровня исходной обсемененности микроорганизмами, начальной температуры, коэффициента поверхностного натяжения и т.д.), производительности установки, а также параметров генератора высоковольтных импульсов. Выполнение рабочих поверхностей электродов в форме усеченных конусов с углом при вершине , равным 90 - 170, препятствует прилипанию к ним газовых пузырьков,которые, даже образовавшись вблизи наклонных (конических) поверхностей, скользят вдоль них вверх и уносятся потоком жидкости, не успевая увеличиться до критического размера. Это позволяет увеличить рабочую напряженность электрического поля и, тем самым, повысить эффективность обработки, а также надежность устройства за счет устранения электрических пробоев внутри камеры. При конической форме электродов поток жидкости совершает менее резкие повороты при входе и выходе из зон обработки (менее 3 46622008.10.30 90), что способствует устранению вихревых и застойных областей и, тем самым, повышению однородности и эффективности обработки. Коническая форма электродов обеспечивает также меньшее различие скоростей потока жидкости в приосевой и периферийной частях обеих зон обработки по сравнению с прототипом, имеющим плоские дисковые электроды. Это также способствует повышению эффективности обработки за счет повышения ее пространственно-временной однородности, поскольку каждый элементарный объем жидкости должен быть подвергнут воздействию одинакового количества импульсов. Выполнение отверстия в высокопотенциальном электроде и закруглений краев противостоящих поверхностей электродов в соответствии с приведенными выше соотношениями обеспечивает однородность электрического поля и отсутствие вихревых течений в зоне обработки вследствие плавного сопряжения противостоящих (рабочих) и нерабочих поверхностей электродов, что способствует повышению эффективности обработки и надежности рабочей камеры за счет устранения электрических пробоев в ней. Также при конической формеэлектродов снижаются гидравлическое сопротивление рабочей камеры и, следовательно, энергозатраты на прокачку обрабатываемой жидкости. На фиг. 1 схематически показан общий вид предлагаемого устройства. На фиг. 2 представлены основные элементы устройства, их расположение и размеры. Устройство для электроимпульсной обработки жидкостей содержит рабочую камеру,состоящую из корпуса, выполненного из диэлектрического материала и состоящего, например, из двух половин 1 и 2, в котором расположены низкопотенциальные нижний 3 и верхний 4 электроды, а также высокопотенциальный промежуточный электрод 5, расположенный между ними. Электроды 3, 4 и 5 имеют дисковидную форму и расположены соосно. Нижний электрод 3 имеет штуцер 6 и выполненные в его нерабочей части отверстия 7 для ввода обрабатываемой жидкости 8 в рабочую камеру. Верхний электрод 4 также имеет в нерабочей его части отверстия 9 и штуцер 10 для вывода обрабатываемой жидкости из рабочей камеры. Промежуточный высокопотенциальный электрод 5 выполнен со сквозным отверстием 11 в центральной его части с диаметром, определяемым по соотношению 2/2 - А. Электроды 3 и 5 имеют рабочие поверхности соответственно, 12 и 13, а электроды 5 и 4 - рабочие поверхности 14 и 15, выполненные в форме усеченных конусов с углом при вершине , равным 90 - 170 (фиг. 2). Эти рабочие поверхности образуют зону обработки жидкого продукта, в которой электромагнитное поле имеет максимальную напряженность. Рабочие поверхности 12 и 13, а также 14 и 15 расположены на расстоянии Н и имеют размер А вдоль образующей конуса (фиг. 2). Части 1 и 2 корпуса рабочей камеры выполнены таким образом, что их внутренние поверхности примыкают только к нерабочей поверхности 16 электрода 3, к нерабочим поверхностям 17 и 18 электрода 5 и к нерабочей поверхности 19 электрода 4. Для обеспечения герметичности рабочая камера снабжена прокладками 20. Высокопотенциальный электрод 5 подключен к высоковольтному (потенциальному) выводу 22 генератора импульсов высокого напряжения 23, а электроды 3 и 4 подключены к заземленному выводу 24 генератора 23. Отверстие 11 в электроде 5 имеет закругление 25 с радиусом/2. Края противостоящих поверхностей 12, 13, 14 и 15 электродов 3, 4 и 5 также выполнены с закруглениями 26 с таким же радиусом/2. Устройство для электроимпульсной обработки жидкостей работает следующим образом. Жидкость 8, подлежащая электроимпульсной обработке, через штуцер 6 и отверстия 7 в нерабочей части нижнего электрода 3 вводится в рабочую камеру. В ней жидкость обтекает закругленные края электрода 3 и поступает в пространство между коническими рабочими поверхностями 12 и 13 электродов 3 и 5, затем проходит через отверстие 11 потенциального электрода 5 и поступает в пространство между коническими рабочими поверхностями 14 и 15 электродов 5 и 4. После этого, обтекая закругления электрода 4,4 46622008.10.30 жидкость поступает в отверстия 9, выполненные в его нерабочей части, и через штуцер 10 выводится из рабочей камеры. Одновременно с подачей в рабочую камеру жидкости 8 на электроды 3, 4 и 5 через выводы 22 и 24 от генератора 23 подаются импульсы высокого напряжения. Эти импульсы в пространстве между рабочими поверхностями 12 и 13 электродов 3 и 5 и рабочими поверхностями 14 и 15 электродов 5 и 4 преобразуются в импульсы электромагнитного поля высокой напряженности и тока (проводимости и смещения), которые, воздействуя на обрабатываемую жидкость 8, вызывают в ней результирующие, например обеззараживающий эффект. Проведенные испытания данного устройства подтвердили его высокую эффективность за счет повышения рабочего напряжения на электродной системе и увеличения удельного энерговклада, а также повышенную стабильность и надежность в работе. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5